/
Автор: Грудев А.П. Машкин Л.Ф. Ханин М.И.
Теги: производство органических веществ органические соединения металлургия обработка металлов металлы
ISBN: 5-7287-0088-8
Год: 1994
Текст
УДК 661.771(075.8)
Издано при содействии акционерного общества
«Новолипецкий металлургический комбинат»
ISBN 5-7287-0088-8
ISBN 5-220-00838-5
© А.П.Грудев, Л.Ф.Машкин, М.И.Ханин, 1994
© «Арт-Бизнес-Центр», 1994
© <Металлургия>, 1994
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.
Введение....................................................................
1. Основные виды прокатной продукции......................................
2. Классификация прокатных станов.........................................
3. Исходные материалы и технологические схемы производства проката........
4. Преимущества и перспективы применения непрерывнолитой заготовки .......
5. Основные технологические операции в прокатных цехах....................
6. Управление качеством прокатной продукции...............................л t.
1. Технико-экономические показатели прокатного производства................с?7
8. Охрана окружающей среды..................................................
Чает* II. Обжэгмяо-ааготовочиое в сортовое производство.
Глава!. Общие положения калибровки прокатных валков..........................
1. Задачи калибровки прокатных валков...................................
2. Классификация калибров...............................................
3. Элементы калибра....................................................Lfb
4. Системы вытяжных калибров , .........................................ух
5. Геометрия простых калибров.........................................$2f
6. Калибры для прокатки фассонных профилей...............................
7. Расположение калибров из валках......................................Ь?
S. Методы определения нейтральной линии калибра...........................у/
Глава П. Опредепепие параметров прокатки в калибрах.......................... • •
1. Характеристика условий деформации в калибрах.............................Л
2. Показатели деформации при прокатке в калибрах ... ......................
3. Условия захвата в калибрах.............................................Яг.
4. Устойчивость полосы в калибра...........................................
5. Катающий диаметр и опережение при прокатке в калибрах...................
£. Определение коэффициента вытяжки и уширения при прокатке в калибрах.......д/
7. Контакная поверхность.....................................................%
8. Энергосиловыс параметры прокатки в калибрах...............................fag
Глава Ш. Производство блюмов н слябов............................................
1. Сортамент блюмов и слябов..................................................SP6
2. Типы обжимных станов................................................ • • •
S. Краткая характеристика блюмингов и слябингов............................
4. Технологический процесс производства блюмов и слябов....................
Расчет режима обжатий из блюминге.........................................
6. Особенности режима обжатий при прокатке слябов..........................
7, Скоростной режим прокатки...............................................
8. Особенности двухелитковой прокатки......................................
9. Дефекты блюмов и слябов...................................... ..........
18. Технике-экономические показатели производства блюмов и слябов..........
3
Глава IV. Производство зжтовок ...........................................
1. Сортамент заготовок......................................... , .
2. Типы станов для производства заготовок.............................
1 Производство заготовок на непрерывно-заготовочных станах (НЗС).
4. Производство заготовок на трубозаготовочных станах (ТЭС) ......
5. Особенности калибровки валков обжимных и заготовочных клетей трио
fi. Дефекты заготовок...............................................
7. Технико-экономические показатели производства заготовок..........
/39
ЙС"
Сортамент рельсов, балок и швеллеров.............................
Типы станов для производства рельсов, балок и швеллеров .. ......
Технологические операции при производстве рельсов................
Технологический процесс производства двутавровых балок и швеллеров.
4i1
Калибровка валков для i___________,..............................
Калибровка валков для прокатки швеллеров ................. ....
Дефекты рельсов, балок и швеллеров ....................... .....
Технико-экономические показатели производства рельсов, балок и швеллеров
ювых балок
Глава VL Производство аркана. профи»!............................................
1. Сортамент сортовых профилей............................................
2. Типы станов для производстве сортовых профилей................. .........
3. Технологические операции при производства сортовой стали.................
4. Калибровка валков в системах вытяжных калибров...........
5. Калибровка валков для прокатки квадратней стали..........................
6. Калибровка валков для прокатки круглой стали...............................f
7. Калибровка угловой стали................................................. —
8. Калибровка полосовой стали...............................................
9. Дефекты сортовой стали....................................
10. Технико-экономические показатели производства сортовой стали .....
Глава VIL Щюааводство пранодоки-к1 " i...........................................
1. Сортамент................................................................
2. Типы проволочных станов............................................
3. Комбинированный непрерывный мелкосортно-проволочный стаи 320-150 ........
4. Технологические процессы производства проволоки-катанки.......... ... .....
5. Технико-экономические показатели производства катанки....................
Глава VHL Производство еортпвего проката не цветных мепив и сливов...............
1. Сортамент........................................... ....................
2. Типы проволочно-прокатных станов.........................................
3. Элементы технологического процесса производства сортового прокат из цветных ме-
таллов и сплавов.............................................................
Гвва L Общие вапрстм лилищижатиого производства..........................
1 Сортамент листового проката..................................................
1 Требования к листовой продукции ..................................... ....
3. Исходные материалы листопрокатного производства.............................
Глава П. Горячи прокат листов полое...................................
1. Типы твои горячей прокатки...........................................
1 Расположение оборудования толстолнстовых станов...........................
3. Технология прокатки толстых листов....................................
4. Методика расчета режимов деформации при прокатке толтых листов..........
5. Примерный расчет режима деформации при прокатке листов па двухклетевом ста-
не 2800 .......................................................... .. .
5. Материал и профилировка валков толстолистовых станов...................
7. Производство биметаллических листов....................................
8. Направления и перепастивы развития толстолистовых станов...............
9. Характеристика широкополосных непрерывных и полунепрерывных станов.....
10 Технология горячей прокатки широких полос ...............................
И. Методика расчета режимов деформации на широкополосных станах.............
11 Примерный расчет режима деформации при прокатке полое на широкополосном ста-
на 2000 ..................................................................
13. Материал и профилировка валков широкополосных станов горячей прокатки.
14. Направления и перепястивы развития непрерывных и полунепрерывных широкопо-
лосных станов.............................................................
15. Прокатка полое на реверсивных станах с пвшыми моталками .................
16. Планетарные полосовые станы...................................
17. Производство листовой продукции на литейно-прокатных агрегатах.........
18. Дефекты горячекатаных листов и полое, меры по их предотвращению и устранению..
19. Технико-экономические показатели производства горячекатаных листов и полое....
Глава ПТ. Холодим прокат жщв, пмпе я мвт..........................................
1. Общая характеристика производства холоднокатаных листов............. ..
2 Типы станов холодной прокатки..........................................
3. Технология производства холодявкваных листов из углеродистой стали.....
4. Методика расчета режимов деформации при холодной прокатке..............
5. Примерный расчет режима деформации при холодной прокатке полое на пятиклето-
вон стане 2030..............................................................
6. Особенности производства жести................................. .....
7. Производство коррозионностойкой (нержавеющей) листовой стали..............
8. Производство электротехнической листовой стали........................
9. Холодная проквке цветных металлов.....................................
10. Производство фолы-и...................................................
11. Материал и профилировка валков станов холодной прокатки..............
12. Дефекты холоднокатаных листов и полос, меры по их предотвращению и устра-
нению............................................................ .... ,
13. Направления и перспективы развития технолога и оборудования цехов холод й
прокатки...................................................................
14. Технико-экономические показатели производства холоднокиалых листов и полое ..
Глава IV. Седовы порт точив лжзстой прокатки.................................
1. Упругие деформации рабочей клети.......................................
2. Математический анализ продольной разнотоищинности полое........... , ....
3. Ретулироваиие продольной разнотолщинноетс полое........................
4. Упругие деформации валкового узла......................................
5. Профилировка валков.............................................. - -
б. Регулировка формы валкового зазора в процессе прокатки..................
7. Совместное регулирование продольной и поперечной разнотоищинности полое.
8. Рвулирование формы полое .................................................
5
Ч«пь IV. Производство труб.....................................................
Глава L Общи характерястяка трубного производства..............................
1. Сортамент труб............................................................
2. Классификация способов производстве труб..................................
Глава П. Производство бесшовных горячедеформированныт труб ....................
1. Общая технологическая схема производства труб горячей прокаткой.........
2. Исходная заготовка и подготовка ее к прокнке............................
3. Нагрев заготовок перед прокаткой и подогрев черновых труб...............
4. Прошивка ааготовок......................................................
5. Раскатка гильз в черновые трубы.........................................
6. Калибрование и редуцирование труб.......................................
7. Производство труб из различных трубопрокатных агрегатах ................
8. Производство труб прессованием..........................................
9. Основные дефекты и пути повышения качества горяче деформированных труб..
Глава Ш. Производство хоподнадеформировяитв труб...............................
1. Общая технологическая схем» производства холоднодеформированных труб......
1 Прокатка труб на станах ХПТ и ХПТР.........................................
3. Волочение труб..........................................................
4. Маршруты холодной прокстки и волочения труб.............................
5. Особые способы получения холоднодеформированных труб....................
Глава IV. Производство сварных труб.............................................
1. Общая технологическая схема производства сварных труб. Способы сварки.....
1 Производство труб непрерывной печной сваркой...............................
3. Производство электросварных прямошовных труб малого и среднего диаметра.
4. Производство электросварных прямошовиых труб большого диаметра..........
5. Производство электросварных спиральношовных труб........................
Часть V. Производство спецлалных тдов проката ..................................
1. Производство гнутых профилей проката....................................
2. Производство колес и колец......................................
3. Продольная прскике периодических профилей .. ......................
4. Винтовая прокатке периодических профилей .... ........................
5. Поперечная прокатка профилей...........................
6. Поперечно-клиновая прокатке профилей ... ..... .........................
Рекомендательный библиографический список.......................................
6
РЕДИСЛОВИЕ
Учебник написан для студентов высших учебных заведений, обучаю-
щихся по специальности ’’Обработка металлов давлением” (специализа-
ция ’’Прокатное и волочильное производство черных и цветных метал-
лов”). В учебных планах по этой специальности одно из центральных
мест занимает дисциплина ’’Технология процессов прокатки и волоче-
ния”, состоящая из ряда относительно самостоятельных разделов.
Учебник предназначен для изучения всех разделов этой дисциплины (за
исключением технологии волочильного производства).
В учебнике отражены основные достижения в развитии прокатного
производства за последние годы. Значительное место уделено вопросам
совмещения процессов прокатки с процессами разливки и кристаллиза-
ции металлов. Наряду с освещением способов производства различных
видов стального проката, рассмотрены особенности технологии произ-
водства проката из цветных металлов и сплавов.
По мнению авторов, большинство из существующих учебников
перегружено излишне подробными сведениями, в том числе из смеж-
ных дисциплин; по своему объему они не соответствуют количеству
часов, отведенных в учебных планах на лекции, практические занятия
и самостоятельную работу. Авторы стремились отобрать для учебника
наиболее существенный, типичный материал, имеющий принципиальное
значение. При этом ставилась задача логически последовательного и
доходчивого изложения материала.
Учебник предусматривает необходимую самостоятельную работу
студентов. С этой целью приведены примерные расчеты калибровок
валков и режимов деформации для ряда основных технологических
процессов. В конце каждой главы приведены контрольные вопросы для
самопроверки.
При написании учебника использован опыт преподавания дисципли-
ны ’’Технология процессов прокатки и волочения” на кафедре ’’Обра-
ботка металлов давлением” Днепропетровского металлургического
института. Части I и 1П написаны доктором технических наук, профессо-
ром А.П.Грудевым, часть II - кандидатом технических наук, доцентом
Л.Ф. Машкиным, части IV и V - доктором технических наук, профессо-
ром М.И.Ханиным. Общее научное редактирование учебника проведено
А.П.Грудевым.
Замечания и предложения, направленные на улучшение содержания
учебника, будут приняты авторами с благодарностью.
ИЗЦДННЕЕ
Прокатное производство в большинстве случаев является завершаю-
щим звеном производственного цикла на металлургическом предприя-
тии. Прокат составляет основную часть металлургической продукции.
Более 90 % выплавляемой стали проходит через прокатные цеха. На
заводах цветной металлургии широко применяется прессование, но
процесс прокатки все же занимает основное место.
Потребителями прокатной продукции являются практически все
отрасли народного хозяйства: машиностроение, строительство, транс-
порт, энергетика, космическая техника и др.
Сортамент прокатной продукции чрезвычайно многообразен. Эго -
круглые, квадратные и угловые профили, швеллеры, двутавровые
балки, рельсы, толстые и тонкие листы, полосы и ленты, бесшовные и
сварные трубы, железнодорожные колеса и множество других; всего
выпускается несколько тысяч профилей проката. В качестве материала
используется свыше двух тысяч марок сталей и цветных металлов.
Постоянно расширяется производство экономичных (облегченных)
профилей проката, при использовании которых в народном хозяйстве
достигается значительная экономия металла.
В зависимости от формы, размеров и свойств выпускаемой продук-
ции применяются прокатные станы разных типов. Они классифицируют-
ся по устройству рабочих клетей, их взаимному расположению и дру-
гим признакам. Соответственно применяются разные технологии
прокатки; например, технология прокатки рельсов коренным образом
отличается от технологии холодной прокатки тонких листов.
Процессы прокатки непрерывно совершенствуются, при этом пресле-
дуются многие цели, важнейшими среди которых являются улучшение
качества продукции, снижение расходного коэффициента металла и
энергозатрат, повышение производительности труда. Совершенствова-
ние идет как по пути создания новых технологий и конструкций про-
катных станов, так и посредством оптимизации режимов деформации ва
действующих агрегатах. Важнейшее значение имеет комплексная
механизация к автоматизация производственных процессов; именно за
счет автоматизации обеспечивается возможность значительного повы-
шения точности и скорости прокатки. Для расчета параметров деформа-
ции и управления процессами прокатки все более широко применяются
ЭВМ.
Оптимальная технология прокатки должна предусматривать получе-
ние изделий не только высокой точности, но и высоких (требуемых)
механических и других свойств. Это достигается путем сочетания
процессов деформации с различными видами термической обработки.
8
Даже при производстве проката из низкоуглеродистой стали примене-
ние упрочняющей термообработки позволяет повысить предел текучес-
ти металла на 30- 50 %. С увеличением содержания углерода в стали
эффект термического упрочнения еще более усиливается.
Почти все стали, за исключением некоторых специальных, плохо
противостоят атмосферной и почвенной коррозии. По этой причине в
народном хозяйстве теряется огромное количество металла - миллио-
ны тонн ежегодно. Следовательно, особо актуальной является проблема
расширения выпуска проката с защитными металлическими и неметал-
лическими покрытиями.
В задачу дисциплины ’’Технология прокатного производства” входит
изучение процессов обработки металла в прокатных цехах, освоение
методов расчета калибровки валков и рациональных режимов деформа-
ции, определение условий получения высококачественной продукции
при минимальных затратах. Изучение этого курса требует достаточных
знаний из смежных дисциплин: ’’Теория процессов прокатки”, ’’Обору-
дование прокатных цехов”, ’’Теплотехника и нагревательные печи”,
’’Термическая обработка металлов”, ’’Основы автоматизации и АСУТП
прокатного производства”.
Часть 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОКАТКИ
1. Основные виды прокатной продукции
Сортаментом прокатной продукции называют совокупность профи-
лей проката, выпускаемых станом, предприятием или отраслью. В
зависимости от формы всю прокатную продукцию подразделяют ва
четыре основных вида:сортовой прокат, листовой прокат, трубы и
специальные профили проката. Каждый из указанных видов в свою
очередь делится на группы и подгруппы.
Сортовой прокат подразделяют на простые сортовые, фасонные и
периодические профили. К числу простых сортовых относят профили
простой геометрической формы: круглые, квадратные, шестигранные,
полосовые (рис. 1, о); все они - общего назначения. К этой же группе
относятся заготовки всех видов .
Фасонные профили имеют относительно сложную форму поперечного
сечения. В зависимости от ‘сферы использования их подразделяют на
Рж. 1. Сортовой прокат:
а - простые профили: I - круглый; 2 - квадратный; 3 - полосовой; 4 - шестигранный;
В - фасонные профили общего назначения; 5 - угловой равнополочный; 6 - угловой не-
равнополочный; 7 - швеллер; S — двутавровая балка; в - фасонные профили специального
назначения: 3 - рельс; 10 - шахтная стойка; 11 - оконнорамный
10
профили обшего назначения и отраслевого (специального) назначения.
Наиболее распространенными фасонными профилями обшего назначе-
ния являются равнополочные и неравнополочные угловые профили,
швеллеры, двутавровые балки (рис. 1, б). Примерами профилей отрасле-
вого назначения могут служить рельсы, профили для шахтной крепи,
оконнорамные и многие другие (рис. 1, в).
Периодические профили отличаются тем, что форма поперечного
сечения их периодически изменяется по длине прокатываемой полосы.
Все они относятся к изделиямспециального назначения. Широко извес-
тен, например, профиль для армирования железобетонных конструкций
(рис. 2, а). Гораздо более сложны периодические профили для изготов-
ления автомобильных осей (рис. 2, б).
Листовой прокат подразделяют на две основные группы: толстолисто-
вой (толщиной 4 мм и более) и тонколистовой (толщиной менее 4 им).
Самой тонкой разновидностью листовой продукции является фольга,
имеющая толщину менее 0,1 мм.
Значительную часть листовой продукции, особенно тонколистовой,
выпускают в виде длинных полос, смотанных в рулоны. Узкие и тонкие
полосы называют лентами. Листовая сталь во многих случаях ныеет
специальное назначение и соответствующее название: котельная,
мостовая, судостроительная, автотракторная, электротехническая,
кровельная и лр.
Ряс. 2. Периодические профили:
а - арматурная сталь-, В - заготовка для оси автомобиля
11
i 2
ОДО
3 4 5
000023
6 7 3 S /О
Рж. 3. Фасонные груби
J — квадримщ 2 — прямоугольная; 3 — шестигранная; 4 — треугольная; 5 — плавниковая;
6 - плоскоовальиая; 7 - енольная; 8 - ромбическая; 9, 10 - крестообраягые
Трубы бывают бесшовными и сварными. Обычная форма труб круг-
лая, но выпускаются также фасонные (профильные) различной конфигу-
рации в сечении (рис. 3).
К специальным профилям проката относятся железнодорожные
колеса, бандажи, кольца, ступенчатые валы, шары и др. К этой группе
могут быть отнесены гнутые профили.
Основная масса конструкционного проката изготавливается из
низкоуглеродистой стали обыкновенного качества (Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4,
Ст 5) и качественной (08,10,15, 20); последняя отличается пониженным
содержанием вредных примесей - серы и фосфора. С увеличением
количества углерода в стали прочность изделий повышается, но умень-
шается пластичность. Высокоуглеродистые стали (У7 - У13) используют-
ся в основном в качестве инструментальных.
В значительных и все более возрастающих объемах выпускается
прокат из легированных сталей, в том числе из низколегированных
(09Г2-50Г2, 20ХГСА-35ХГСА, 20ХН-50ХН и др.), среднелегированных
(12XH3A-30XH3A, 18Х2Н4МА, 25Х2Н4МА и др.) и высоколегированных
(стали коррозионностойкие 08X13, 12X18Н9, 12Х18Н10Т и др.; жаропроч-
ные 1 ОХ 11 Н20ТЗР, 12Х25Н16Г7АР и др.; быстрорежущие Р9- Р18 и др.).
Цветные металлы, подвергаемые прокатке, можно условно подразде-
лить на тяжелые и легкие. К числу первых относятся медь, никель,
цинк, олово, свинец и др. к числу вторых - алюминий, магний, титан.
Среди тяжелых цветных металлов первое место по объему производст-
ва занимает медь (М1-МЗ) и ее сплавы (латуни, бронзы и др.); среди
легких металлов ва первом месте находится алюминий (А00- А2) и его
сплавы (дуралюмин, АМц, АМг).
12
Всю прокатную продукцию выпускают по Государственным стандар-
там (ГОСТам) или по техническим условиям (ТУ). Существуют стандар-
ты на сортамент проката и на технические требования его поставки.
Стандарты на сортамент проката обусловливают форму, размеры попе-
речного сечения и длины, предельные отклонения по размерам ("допус-
ки”), массу 1 м длины и некоторые другие показатели, а также содержат
примеры обозначения проката. Стандарты на технические требования
определяют химический состав и марку металла, показатели прочности
и пластичности, вид термической обработки, если она необходима. На
некоторые виды прокатной продукции установлены стандарты, объеди-
няющие показатели сортамента и технические требования.
Вновь осваиваемые профили и марки металла обычно сначала выпус-
каются по техническим условиям, которые должны быть согласованы
между изготовителями и потребителями проката и утверждены голов-
ными организациями.
2. Классификация прокатных станов
Прокатным станом называется комплекс машин и устройств, предназ-
наченных для осуществления собственно процесса прокатки и выполне-
ния других технологических операций - нагрева, транспортирования и
отделки металла. Прокатные станы классифицируют по различным
признакам. Сначала рассмотрим классификацию по назначению. В
соответствии с видом выпускаемой продукции прокатные станы подраз-
деляют на обжимно-заготовочные, сортовые, листовые, трубные и стены
специального назначения. Каждая из этих основных групп имеет более
узкие подразделения и градации (табл. 1).
Обжимные станы - блюминги и слябинги - служат для прокатки
крупных слитков в массивные заготовки - блюмы и слябы. На загото-
вочных станах из блюмов или небольших слитков прокатывают заготов-
ки меньших размеров. Таким образом, обжимные и заготовочные станы
служат для производства полупродукта. Все остальные станы прелназ-
вачены для получения готового проката.
В группе сортовых станов можно выделить рельсобалочные, крупно-
сортные, среднесортные, мелкосортные, проволочные и штрипсовые.
Наиболее крупными сортовыми станами являются рельсобалочные,
предназначенные для прокатки тяжелых железнодорожных рельсов,
двутавровых балок, швеллеров № 18-20 и других профилей больших
размеров.
Проволочные и штрипсовые станы можно характеризовать как
узкоспециализированные. Первые из них служат почти исключительно
для производства проволоки-катанки диаметром 5-12 мм. Штрипсовые
станы предназначены для прокатки узких полос и лент (шириной до
13
Таблица 1. Кмеыфзкщия прокатных станов по назначению
Станы Размеры вал- Характерные виды продукции, мм
ХОВ, мм
Обжимнык диаметр
б ЛЮ МИЯГИ 800-1500 Блюмы 200 X 200 - «0 х «о
слябинги 1W0-125D Слябы 100-300 X 600 — 2000
Заготовочные Сортовые: 500-900 Заготовки 50X50- 150X 150
релъсобаночные 750-900 Железнодорожные рельсы, балки № 20 и выше и др.
крупносортные 500—800 Крус 5(1-160, балки №10-30 и др.
среди ееортные 300-550 Круг 30-80, балки № 10-12, уголки 50 X 50- 100 X 100 и др.
мелкосортные 250-350 Круг 10-30, уголок 25 X 25 - 50 X 50 и др.
проволочные 150-250 Катанка 5-12
штрипсовые 300 Полосы (штрипсы) 3-8 X 100-500
Листовые: Длина бочки
толетолистовые 1800-5500 Листы толщиной болев 4, шириной 600-5300
тонколистовые 900—2800 Листы толщиной менее 4, шириной 600-2500
широкополосные 1200-2800 Полосы толщиной 1-16 из станах горячей прокатки, 0,1-4 из станах холодной прокатки; шириной 600-2500
полосовые До 1000 Полосы толщиной 0,5-10, шириной до 600 Пейты толщиной 0,05-2, шириной до 300
ленточные Трубные; До 800
станы для про- — Горячедеформированные трубы диамиром 45-400;
катки бесшов- ных труб холоднодеформированкые трубы диамиром 0,3-90
станы для произ- водства евариых труб Трубы диаметром 10-1420
Станы специального - Колеса, бандажи, кольца, шары, гнутые профили
назначения и др.
500 мм), причем значительную часть продукции составляют штрипсы -
заготовки для производства сварных труб.
Листовые станы имеют следующие основные разновидности: толсто-
листовые, тонколистовые, широкополосные, полосовые и ленточные.
Два последних типа станов - полосовые и ленточные - применяются
главным образом в цветной металлургии.
Трубные стоны делятся на станы (агрегаты) для производства бесшов-
ных труб и станы для производства сварных труб.
Станы специального назначения - профилегибочные, колесо- и
бандажепрокатные, шаропрокатные и др.
Следует отметить, что обжимно-заготовочные и сортовые станы
14
Ряс. 4. Количество и расположение валков в рабочих клетях прокатных ставов:
1 - двухвалковая (дуо); 2 - трехвмгковая (трио); 3 - трехвапковая листовая (трио Лаута);
4 - четырехвалковал (кварто); 5 - шестив&пковая; б - двввадаативалковая; 7 - двадаа-
тивалковая; 8 - планетарная; J - опорный валок; II - рабочий валок
характеризуются диаметром валков в чистовой клети, листовые станы
длиной рабочей части ("бочки”) валков, трубные станы - максималь-
ным диаметром или пределами диаметров выпускаемых труб (табл. 1).
Далее рассмотрим классификацию прокатных станов по количеству и
расположению валков в рабочих клетях. По этому признаку различают
клети (рис. 4);
двухвалковые (дуо);
трехвалковые (трио); одним из вариантов этих клетей являются
специализированные листовые клети трио (трио Лаута) со средним
валком меньшего диаметра;
четырехвалковые (кварто);
многовалковые (шестивалковые, 12-валковые, 20-валковые и др.);
планетарные.
Двух-, четырех- и многовалковые клети бывают как реверсивными
(с переменным направлением вращения валков), так и нереверсивными
(с постоянным направлением вращения валков). В клетях кварто и
многовалковых прокатка ведется только между двумя рабочими вал-
ками, все остальные валки служат опорой для рабочих валков. Такая
конструкция клетей позволяет применять рабочие валки малого диа-
метра, что выгодно с точки зрения снижения усилия прокатки и повы-
шения жесткости клетей. Устройство и принцип действия планетарных
15
Pic. 5. Стегал видов в универсальной балочной клети
станов описаны в разделе листопрокатного
производства (ч. III, гл. II, п. 16).
Помимо клетей с горизонтальным распо-
ложением валков, показанных ва рис. 4,
ных на рис. 4, применяются клети с вертикальными валками, а также
клети более сложной конструкции - с горизонтальными и вертикальны-
ми или наклонными валками. Клети с вертикальными валками приме-
няются в тех случаях, когда необходимо осуществить поперечное
обжатие раската без его кантовки. При прокатке листов и полос клети с
вертикальными валками применяются для обжатия кромок полосы с
целью придания им правильной прямоугольной формы.
Рабочие клети с горизонтальными и вертикальными валками назы-
ваются универсальными. На рис. 5 показано расположение валков в
универсальной балочной клети, причем в данном случае вертикальные
валки являются холостыми. Совмещение горизонтальных и вертикаль-
ных (или наклонных) валков в одной клети при сортовой прокатке
позволяет образовать калибр достаточно строгой геометрической
формы, что способствует повышению точности прокатки. Примеры
таких многовалковых калибров показаны ва рис. 6.
В большинстве случаев прокатный стан имеет несколько рабочих
клетей. Они могут иметь различное взаимное расположение; от этого
существенно зависит технология прокатки и производительность стана.
Рте. 6. Многовалковые калибры:
а - квадратный четырехвапковый'. б — круглый трехэалковый
16
По расположению рабочих клетей различают следующие типы станов:
одноклетевые, линейные, последовательные, непрерывные и комбини-
рованные (смешанного типа).
Одноклетевые станы (рис. 7, а) чаше всего бывают реверсивными, так
как в одной клети приходится делать несколько проходов.
Линейные станы (рис. 7, б, в) отличаются тем, что рабочие клети
располагаются в одну линию с общим приводом от одного двигателя.
Стан может иметь одну (рис. 7, б) или несколько (рис. 7, в) линий клетей.
Линейным станам наряду с простотой их конструкции и относительно
fae. 7. Основные типы прокатных станов (по расположению клетей):
в — оцноклегевой; В, в — линейные (одно- и трехступенчюый); г - последовательный; й -
непрерывный; 7 - деятель; 2 - редуктор: 7 - шестеренная клеть; 4 — рабочая клеть
17
Нйуч:;о-технич- -ля
биОгиотека В.,,3
Рж. 6. Прокиные станы смешанного тми (комбинированные?.
в - полунепрерывный с линейной группой; 6 - полунепрерывный с реверсивной черновой
клетыо; в - последовательно-непрерывный
малой стоимостью присущи крупные недостатки. Один из главных
недостатков состоит в том, что частота вращения валков во всех клетях
одной линии одинакова, а следовательно, почти одинакова и скорость
прокатки (различие достигается только за счет разницы диаметров
валков). Вместе в тем рациональная технология требует повышения
скорости прокатки по мере увеличении длины раската.
На станах с последовательным расположением клетей (рис. 7, г)
полоса проходит через каждую клеть только один раз, двигаясь все
время вперед. Следовательно, число проходов равно числу клетей.
Скорость прокатки в каждой последующей клети возрастает. Принци-
пиальной особенностью последовательных станов является то, что
18
расстояние между клетями принимается больше длины раската. Таким
образом, полоса сначала выходит из одной клети, а затем поступает в
следующую. Благодаря этому отпадает необходимость в строгом согла-
совании скоростей прокатки по клетям, облегчается настройка стана.
Поскольку длина полосы по ходу прокатки растет, приходится увели-
чить расстояния между клетями. Если все клети расположить в один
ряд, выдерживая при этом указанный принцип прокатки, то длина
стана получится слишком большой. Поэтому обычно клети располагают
в несколько рядов, для чего приходится ’’ломать” линию прокатки,
поворачивая ее на 180° в некоторых местах (что требует поперечного
перемещения раскатов в этих местах). В результате стан приобретает
зигзагообразную (рис. 7, г) или иную подобную структуру.
Непрерывные станы (рис. 7, д) также имеют последовательное распо-
ложение клетей, но клетй устанавливаются близко одна к другой, так
что при установившемся процессе прокатки полоса одновременно про-
ходит через все клети. Непрерывные станы являются наиболее скорост-
ными, автоматизированными и высокопроизводительными агрегатами.
Однако успешная работа этих станов требует очень строгого согласова-
ния скоростей прокатки но всех клетях. Последнее трудно достигается
при прокатке сложных фасонных профилей, поэтому непрерывные ста-
ны применяются в основном при прокатке полос, простых сортовых про'-
филей и труб.
В практике прокатного производства большое распространение
получили станы смешанного типа (комбинированные). Как правило, они
включают непрерывную группу и какую-либо другую группу клетей
(или реверсивную клеть). Такие станы называют полунепрерывными.
Примеры станов смешанного типа показаны на рис. 8.
3. Исходные материалы и технологические схемы
производства проката
Исходным материалом для прокатного производства в его начальной
стадии являются слитки или непрерывнолитые заготовки. Поступающие
из плавильных цехов слитки очень разнообразны по размерам, форме и
массе. В зависимости от вида исходного материала (массы слитков) и
вида конечной продукции строится технологический процесс обработки
металла в прокатных цехах.
Рассмотрим основные технологические схемы производства проката
(рис. 9).
1 схема в настоящее время является наиболее распространенной на
крупных отечественных заводах черной металлургии. Она включает
два передела: сначала слитки массой 5-7 т и более подвергаются про-
катке на обжимных (блюминги, слябинги) и заготовочных станах, а
19
20
затем полученный полупродукт (блюмы, слябы, заготовки) поступает на
станы окончательной прокатки.
II схема наиболее характерна для заводов цветной металлургии, где
часто отпиваются слитки массой менее 1-2 т, а в некоторых случаях -
всего лишь несколько десятков килограммов (например, слитки тяже-
лых металлов для сортовой прокатки). Такие слитки после зачистки
поверхности поступают непосредственно на станы, выпускающие
готовую продукцию. Более крупные слитки сначала прокатываются на
заготовочном стане.
Вторая схема производства проката встречается также на предприя-
тиях черной металлургии, но в основном на старых заводах с неболь-
шим объемом производства.
III схема основана на применении машин непрерывного литья загото-
вок (МНЛЗ). Она обладает большими преимуществами по сравнению со
схемами 1 и П и постепенно их вытесняет (см. следующий параграф).
ГУ схема, предполагающая использование литейно-прокатных агрега-
тов, является наиболее перспективной, можно сказать - идеальной,
однако пока она реализована в промышленных масштабах только на
заводах цветной металлургии, главным образом при производстве
проката из алюминия, а также меди и некоторых других относительно
легкоплавких металлов. В черной метанлургии созданы лишь отдель-
ные опытные образцы литейно-прокатных агрегатов; работы в этом
направлении продолжаются.
Приведенные основные схемы производства проката охватывают
только горячую прокатку. Вместе с тем большое количество тонких
листов и тонкостенных труб малого диаметра проходит еще одну сталию
пластической обработки - холодную прокатку. Таким образом, техно-
логические схемы получают продолжение. Исходным материалом для
производства холоднокатаных листов служат горячекатаные листы и
полосы, а для холоднодеформированных труб - горячекатаные , горя-
чепрессованные и сварные трубы.
Указанные технологические схемы имеют продолжение также при
производстве сварных труб и гнутых профилей. Для получения этих
изделий в качестве исходного материала используют толстые и тонкие
листы и полосы (горячекатаные и холоднокатаные).
4. Преимущества и перспективы применения
непрерывнолитой заготовки
Освоение процесса разливки металлов в непрерывно действующие
кристаллизаторы с получением заготовок относительно небольшого,
удобного для прокатки сечения должно быть отнесено к числу важней-
21
Рке. 10. Схема машины непрерывного литья мготомк
вертикального типа:
1 - сталеразливочный ковш; 2 - промежуточный
ковш; 3 - кристаллизатор; 4 - вторичная эона ох-
лаждения; S - тянущие ролики; 6 — подвижный га-
зовый резак; 7 — заготовка
ших достижений в металлургической про-
мышленности. В начале 40-х годов XX сто-
летия этот процесс был применен для
получения полуфабрикатов из алюминия
и его сплавов, затем для меди, а с сере-
дины 50-х годов он начал внедряться в
черной металлургии. В настоящее время
доказано, что непрерывная разливка мо-
жет быть применена для сталей самого
разнообразного состава.
Пользуясь схемой на рис. 10, рассмот-
рим принцип действия машин непрерыв-
ной разливки стали. Жидкая сталь из ста-
леразливочиого ковша 1 поступает в про-
межуточный ковш 2, из которого струя
жидкого металла направляется в кристаллизатор 3. Последний представ-
ляет собой пустотелую коробку с медными стенками, между которыми
под давлением циркулирует охлаждающая вода. В начале разливки
дном кристаллизатора служит так называемая затравка - стальная пли-
та, закрепленная на штанге достаточной длины. Верхняя часть затравки
имеет паз в форме ’’ласточкина хвоста” для лучшего сцепления с
образующимся слитком. При опускании затравки слиток постепенно
вытягивается из кристаллизатора. После прохождения тянущих ролик-
ков 5 затравку отделяют.
В процессе разливки кристаллизатор совершает колебательное
движение по вертикали с амплитудой 15-30 мм с целью предотвраще-
ния приваривания металла к его стенкам. Из кристаллизатора слиток
выходит с еще жидкой сердцевиной. Окончательное затвердевание
металла происходит в зоне вторичного охлаждения 4, где ва поверх-
ность слитка подаются с помощью форсунок распыленные струи воды.
Полностью затвердевшая полоса режется на ходу на мерные длины
22
Pm. 11. Схемы МНЛЗ вертикального типа е нагибом полосы (а) и радиального типа (б):
1 - яалерааливочиый ковш; 2 - промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор; 4 - вторич-
ная зона охлаждения; S - тянущие ролики; { - устройство для изгиба полосы; 7 - правиль-
ная машина; 8 — устройство для реаки полосы; 9 - заготовка
газовым резаком 6. Полученная заготовка 7 переводится в горизонталь-
ное положение и убирается.
Показанная на рис. 10 схема МНЛЗ относится к машинам вертикаль-
ного типа. Такие машины появились первыми. Будучи достаточно
универсальными по размерам отливаемых заготовок и маркам стали,
они вместе с тем имеют существенный недостаток - слишком большую
высоту, до 40-50 м. Это требует больших капитальных затрат на соору-
жение высоких зданий и подвальных помещений, а также затрудняет
эксплуатацию оборудования. В связи с этим были созданы машины
вертикального типа с изгибом полосы (рис. 11, с), а еще несколько
позже - машины радиального топя (рис. И, б). МНЛЗ радиального типа
в настоящее время считаются наиболее перспективными. Помимо
резкого уменьшения высоты установки (в 2-3 раза и более), они имеют
увеличенную длину зоны вторичного охлаждения, что позволяет
повысить скорость литья Горизонтальный выход полосы создает воз-
можность производства заготовок неограниченной длины, а также
способствует совмещению МНЛЗ с прокатными клетями.
Действующие МНЛЗ имеют от одного до восьми ручьев, чаще всего
2-4 ручья. Максимальные размеры сечения отливаемых заготовок: для
слябов - до 300 X 2500 мм, для квадратных профилей - до 350 X 350 мм.
Скорость выхода полосы находится в пределах 0,5-5 м/мин. Производи-
тельность МНЛЗ в пересчете ва один ручей составляет 300-500 т/ч при
23
отливке крупных слябов и 50-150 т/ч при получении квадратных
заготовок. Выход годного достигает 99 %.
Большие преимущества производства заготовок методом непрерыв-
ного литья по сравнению с прокаткой их из слитков, отпитых в излож-
ницы, заключаются в следующем:
значительно сокращается весь производственный цикл, в плавиль-
ных цехах ликвидируется парк изложниц;
на 10-20 % увеличивается выход годного, так как устраняется
концевая обрезь раскатов при прокатке слитков на обжимных станах;
структура отливаемых заготовок получается более плотной и одно-
родной, чем структура крупных слитков; в связи с этим повышаются и
становятся более равномерными механические свойства изделий, про-
катываемых из непрерывнолитой заготовки;
получаемые на МНЛЗ заготовки по качеству поверхности значитель-
но превосходят слитки, отливаемые в изложницы.
Преимущества непрерывной разливки еще более возрастают при
совмещении МНЛЗ с прокатным станом в единый комплекс, называе-
мый литейно-прокатным агрегатом. В этом случае производственный
цикл становится максимально компактным, сокращаются энергозатра-
ты, уменьшаются потери металла в окалину. Проблема создания литей-
но-прокатных агрегатов в значительной мере решена в цветной метал-
лургии, где работает много агрегатов для производства сортового и
листового проката из алюминия, меди, цинка и других легкоплавких
металлов (см. ч. П, гл. 8; ч. Ш, гл. 2). При производстве стального прока-
та эта проблема решается сложнее, главным образом потому, что ско-
рость выхода полосы из МНЛЗ значительно ниже обычно применяемых
скоростей прокатки. Однако уже наметились вполне реальные пути
использования совмещенного процесса ’’литье - прокатка” и в черной
металлургии.
Так, в ряде стран (США, ФРГ, Австрия) введены в эксплуатацию
заготовочные литейно-прокатные агрегаты, которые отличаются гем,
что литьем формируется заготовка относительно крупных размеров (на-
пример, 180 X 180 мм), а затем, сразу же после завершения кристаллиза-
ции, она обжимается в заготовку меньшего сечения (например, 100 х
х 100 мм). Каждый ручей машины имеет отдельную прокатную группу,
состоящую в большинстве случаев из чередующихся горизонтальных и
вертикальных клетей. Схема такого агрегата показана на рис. 12.
Аналогичные агрегаты применяются при отливке плоских полос, что
расширяет сортамент выпускаемых слябов.
Наибольшие затруднения возникают при совмещении МНЛЗ со
станами, выпускающими готовый стальной прокат. Производительность
современных быстроходных прокатных станов, особенно непрерывных,
велика; она намного выше производительности одног ручья МНЛЗ.
24
Рж.12. Схема расположения обору;
1 - чвтмрехручьевая МНЛЗ; 2- под
те е горвлонтальными в вертгальяым
мготовочяосо литеянмтрокмЕгого агрегата:
Поэтому возникает проблема полной загрузки прокатного стана. Разра-
батываются два варианта решения этой задачи:
1. Выходйщие из нескольких ручьев МНЛЗ полосы режутся на части,
которые поочередно поступают в прокатный стан. Для выравнивания
температуры перед прокаткой заготовки проходят через подогрева-
тельные печи (рис. 13). При такой схеме производительность прокатного
стана будет равна суммарной производительности всех ручьев МНЛЗ.
2. В линии одноручьевой МНЛЗ устанавливается прокатный стан (или
ковочная машина) такой конструкции, которая позволяет в одной
клети осуществить очень большое обжатие, обеспечивая коэффициент
вытяжки 40- й и более. В этом случае при малой скорости входа непре-
рывнолитой заготовки в стан будет достигнута относительно большая
скорость на выходе. В качестве такого стана может быть использован
планетарный стан.
На рис. 14 приведена схеме промышленного литейно-прокатного
агрегата, предназначенного для выпуска стальной проволоки (катанки)
диаметром от 5 до 12 мм из непрерывнолитой заготовки сечением
115 X 87 мм*. Для интенсивного двустороннего обжатия заготовки
Риь IX Принципиальная схема ссвмвцвиия чиырехручьево* МНЛЗ е прокатным етаном:
] - МНЛЗ; 2 - подогревательные прохода» печи; 3 - tfntsoanx прокатные клети; 4 -
всхвшаг, 5 - шлеппеу; 6 - нагревательная печь; 7 — непрерывная групп» клетей
* Агрегат разработан Всесомнным научно-исследовательским институтом металлургичес-
кого мипиноетровтя (ВНИИМБТМАТИ).
25
Рис. 14. Схема литеино-грокатвого агрегата для производства стальной проволоки:
I - одаоручьевая радиальная МНЛЗ; 2 - ножницы летучие; 3 - индукционный нагреватель;
4 - планетарный стал; 5 - тянущие ролики; 6 - ножницы летучие барабанные; 7 - черво-
вая горизонтальная клеть; S - черновая вертикальная клеть; 3 — группы чистовых клетей;
10- моталки
применен универсальный планетарный стан с горизонтальными и
вертикальными валками. За планетарным станом установлены две
черновые клети и две непрерывные группы чистовых клетей. Агрегат
находится в стадии освоения и усовершенствования, Есть основания
предполагать, что применение литейно-прокатных агрегатов для полу-
чения квадратных и круглых стальных заготовок, а также различных
видов готового стального проката будет быстро расширяться.
5. Основные технологические операттим
в прокатных цехах
Исходный материал, проходя через прокатный цех, до превращения в
готовую продукцию претерпевает множество различных операций. Но
среди них можно выделить основные переделы, которые и рассматри-
ваются ниже.
В цехах горячей прокатки основными технологическими операциями
являются; подготовка слитков или заготовок к прокатке; нагрев слит-
ков или заготовок; горячая прокатка; охлаждение, термическая обра-
ботка; отделка.
Подготовка слитков и заготовок к прокатке заключается главным
образом в удалении различных поверхностных дефектов: плен, рако-
вин, трешин, неметаллических включений и т.п. Удаление дефектов
осуществляется разными способами; вырубкой пневматическими
зубилами, огневой зачисткой (выжигание дефектов), абразивной за-
чисткой и др. В тех случаях, когда к поверхности проката предъяв-
ляются особо высокие требования, производится сплошное удаление
поверхностного слоя металла путем строжки, фрезерования, обработ-
ки ва специальных токарных станках.
Операция по зачистке поверхности слитков и заготовок перед дефор-
26
мацией осуществляется не всегда. Например, при массовом производст-
ве проката из углеродистых и многих других сталей слитки перед
нагревом и прокаткой, как правило, не ремонтируются.
Нагрев слитков и заготовок перед деформацией выполняется в печах
разных типов и конструкций. При нагреве крупных слитков чаще всего
используются нагревательные колодцы или камерные печи с монолит-
ным или выдвижным подом. Для нагрева заготовок широко применяет-
ся методические печи. Ниже приведены температуры нагрева, а также
температуры конца прокатки для наиболее распространенных метал-
лов, ° С:
Твмпермур* Сталь: низкоутлеродамая (0,1-0,2 % С) высокоуглеродияая (1,0-1,5 % С) Нагрева Конца прокатки
.... 1200-1280 .... 1000-1150 1100-1180 (минимальная) 750-850 750-850 900
Мель Ml, М2, М3,. 850-900 000-650
Медные сплавы: 850-900 650-700
я ГГ79. ПОЛ ПОЙ ЛОЗ 780— 840 700-750
в ПГ59-1 ЛКГ.Й-1, 5-3 750-780 700
бронзы БрА5, БрА7, БрАМцН 820-800 1150-1280 050 850—900
900-1000 750- 850
400-500 150-250
150-200 —
С точки зрения снижения сопротивления деформации и уменьшения
энергозатрат выгодно повышать температуру нагрева металла перед
прокаткой. Однако при нагреве до слишком высокой температуры
резко ухудшается структура металла, развиваются процессы, называе-
мые перегревом и пережогом. При перегреве структура металла стано-
вится крупнозернистой, пластичность падает и в результате при прокат-
ке образуются трещины и рванины. Пережог является еще более тяже-
лым и неисправимым дефектом. Он возникает тогда, когда температура
нагрева приближается к температуре плавления металла. В этом случае
происходит окисление и оплавление границ зерен, связь между отдель-
ными кристаллитами ослабевает, и при деформации такой металл
разваливается на куски.
При выборе верхнего предела температуры нагрева также надо
учитывать, что с повышением температуры интенсифицируется процесс
окисления металла, т.е. растут потери металла в окалину (обычно они
составляют 1,5-3 %). Наряду с окислением при нагреве сталей с повы-
шенным содержанием углерода идет процесс обезуглероживания
поверхностных слоев металла, что также снижает выход годного.
27
Нижняя температурная граница прокатки определяется прежде всего
требованиями к структуре и механическим свойствам конечного
продукта, а также тем обстоятельством, что с понижением температуры
возрастает сопротивление деформации и ухудшается пластичность
металла.
Охлаждение металла после прокатки во многих случаях ведется в
штабелях или на холодильниках (например, шлепперного типа) ва
воздухе. Однако для некоторых видов проката применяются режимы
замедленного или ускоренного охлаждения, для чего требуется созда-
ние специальных термических устройств.
Режимы замедленного охлаждения применяются при производстве
проката из средне- и высокоуглеродистых сталей, а также некоторых
легированных, так называемых флокеночувствительных сталей. При
непрерывном, относительно быстром охлаждении таких сталей на
воздухе в структура металла образуются скопления мельчайших
трещин - флокенов. Замедленное охлаждение, которое часто включает
стадию изотермической выдержки, предотвращает их возникновение.
Оно осуществляется в проходных печах, отапливаемых и неотапливае-
мых колодцах, термостатах.
Ускоренное охлаждение проката может преследовать разные цепи.
Среди них можно выделить следующие:
термическое упрочнение металла непосредственно с прокатного
нагрева;
получение мелкозернистой структуры металла, обеспечивающей
высокую пластичность перед последующей холодной прокаткой;
уменьшение оканниообразования в процессе охлаждения (при этом
также изменяются структура и свойства металла).
Таким образом, ускоренное охлаждение является одним из способов
термической обработки, совершаемой за счет тепла, содержащегося в
металле при выходе из валков. Ускоренное охлаждение в большинстве
случаев осуществляется путем подачи на поверхность металла воды в
виде струй (с помощью форсунок) или брызг.
При производстве некоторых видов проката, например рельсов и
железнодорожных колес, в технологический процесс входит термичес-
кая обработка отдельного нагрева. Для этого имеется соответствующее
термическое оборудование. Следует отметить, что термоупрочнение
проката как в потоке, так и с отдельного нагрева получает все более
широкое распространение. Несомненно, эта тенденция сохранится и в
будущем, ибо таким путем удается повысить механические свойства
металла без дополнительного легирования его дефицитными элемента-
ми. Отделка проката включает такие операции, как правка, резка,
зачистка дефектов, маркировка и др.
Далее рассмотрим основные технологические переделы в цехах
28
холодной прокатки. Как уже отмечалось, холодная прокатка приме-
няется в основном при производстве тонких листов и тонкостенных
груб малого диаметра. Исходным материалом служат соответственно
горячекатаные листы (полосы) и горячекатаные (иногда горячепрессо-
ванные или сварные) трубы. Технологический процесс в цехах холод-
ной прокатки включает следующие основные операции: удаление слоя
окяслов с поверхности заготовок; холодная прокатка; отжиг; отделка.
Удаление слоя окяслов (окалины) с поверхности заготовок чаще
всего осуществляется посредством травления металла в водных раство-
рах серной, соляной или других кислот. Иногда перед травлением
металл подвергается смягчающей термической обработке.
В некоторых случаях, когда ва поверхности горячекатаных загото-
вок имеется значительное количество дефектов, производится сплош-
ная зачистка поверхности механическими методами (фрезерованием,
шабровкой и т.п.). Такая операция часто применяется, например, при
прокатке цветных металлов.
Отжиг после холодной прокатки необходим для снятия упрочнения и
обеспечения высокой пластичности конечных изделий (листов, труб).
Для проведения отжига в цехах холодной прокатки имеются термичес-
кие отделения. Отжиг выполняется в газовых или электрических
колпаковых печах, а также в печах других типов. Во избежание образо-
вания окяслов ва поверхности металла отжиг проводят в атмосфере
нейтрального газа. Если же отжиг выполняется в воздушной среде, то
после него металл снова подвергается травлению.
При необходимости осуществления большого суммарного обжатия и
недостаточной пластичности металла технологический процесс вклю-
чает несколько циклов холодной прокатки с промежуточными or
жигами.
Отделочные операции в цехах холодной прокатки можно подразде-
лить на простые (правка, резка и т.д.) и сложные, специфические.
Например, при производстве конструкционных стальных листов и
жести после отжига проводится особая операция - отделочная холод-
ная прокатка с небольшим обжатием (0,5-3,0 %), так называемая дрес-
сировка. К числу сложных отделочных операций также относятся
процессы нанесения ва поверхность металла защитных покрытий -
лужение, оцинкование, лакировка и др.
6. Управление качеством прокатной продукции
Готовая продукции прокатных цехов по своим качественным показа-
телям должна полностью соответствовать требованиям ГОСТов или ТУ.
Обеспечить высокое качество проката можно только при систематичес-
ком контроле технологического процесса и состояния изделий на всех
основных переделах.
29
Технический контроль в прокатных цехах включает три стадии:
плавочный (входной) контроль, контроль технологического процесса и
конечный контроль.
Плавочный (входной) контроль начинается еще при выплавке и
разливке металла. Он заключается в определении химического состава
металла, оценке состояния поверхности слитков или полуфабрикатов
(отсутствие трещин, раковин, плен и других дефектов). В некоторых
случаях входной контроль включает исследование макро- и микро-
структуры металла, определение механических свойств и другие
испытания. Объем и характер плавочного (входного) контроля зависят
от состава металла и вида выпускаемой продукции.
Контроль технологического процесса заключается в контроле выпол-
нения отдельных технологических операций. Например, при нагреве
металла перед горячей прокаткой контролируют расположение загото-
вок в печи, режим нагрева, температуру металла при выдаче из печи и
др. Для контроля режима нагрева заготовок и горения топлива исполь-
зуется специальная контрольно-измерительная аппаратура.
В цехах холодной прокатки начальной операцией обычно является
травление горячекатаного подката. При проведении этой операции
контролируется состаи и температура травильных растворов, состояние
поверхности металла и др.
В процессе прокатки контролируют температуру начала и конца
прокатки, режим обжатий, форму и размеры прокатываемых профилей,
качество их поверхности. Постоянно ведется слежение за состоянием
поверхности валков и установкой приналковой арматуры. Как правило,
прокатные станы оснащаются приборами для непрерывного измерения
скорости вращения-валков и потребляемой мощности, а в некоторых
случаях - и усилия прокатки.
Контроль осуществляется также при выполнении различных отделоч-
ных операций: резки, правки и т.д. Так, при резке блюмов и слябов
следят за полнотой удаления усадочной раковины и рыхлости, при
резке готового проката - за соблюдением мерности длин и т.д.
Пооперационный производственный контроль осуществляется на
основе технологических инструкций, в которых указаны все необходи-
мые параметры и требования правильного ведения технологического
процесса.
Конечный контроль является наиболее ответственным и глубоким,
так как он предназначен для определения качества готовой продукции,
соответствия ее действующим ГОСТам или ТУ. Перечень операций,
входящих в конечный контроль, зависит от вида выпускаемой продук-
ции и требований к ней. В общем случае конечный контроль может
включать следующие операции: определение химического состава
металла, проверку точности формы и размеров проката, определение
30
механических свойств, выявление внутренних и наружных дефектов
(нарушений сплошности), исследование микро- и микроструктуры
металла и др.
Точность профиля готового проката определяют с помощью измери-
тельного инструмента, специальных шаблонов, автоматизированных
приборов (например, толщиномеров), а также визуально. Для определе-
ния механических свойств проводят стандартные испытания на разрыв,
изгиб, кручение, твердость и ударную вязкость. Для выявления внут-
ренних дефектов и определения глубины их распространения в отдель-
ных случаях применяется ступенчатая обточка круглых образцов (рис.
15). О дефектах макроструктуры иногда судят по виду излома образцов.
Важную роль в оценке качества готовой
продукции играют так называемые техноло-
гические проблемы, представляющие собой
специальные испытания в условиях, подоб-
ных тем, в которых будет ’’работать” металл
при его дальнейшем использовании. Сущест-
вует много различных технологических проб.
Так, при использовании проката в кузнеч-
ном производстве в дополнение к другим
контрольным операциям проводят пробу
на осадку. Она заключается в том, что
цилиндрические образцы с отношением вы-
соты к диаметру, равным двум, осаживают
Рж. 15. Мелкие трещкиы (волоеовины), обнвружеяяые
при ступенчатой обточке обрмпв
при заданной температуре и наблюдают за состоянием их боковой
поверхности. Если металл имеет внутренние дефекты или обладает
недостаточной пластичностью, то на боковой поверхности образуются
разрывы (рис. 16).
Рис. 1L Раскрытие дефектов при осадке образца
Для оценки штампуемости тонколистового проката применяется
испытание на вытяжку (проба по Эриксену). При этом на листовом
образце выдавливается колпачок с помощью сферического пуансона
(рис. 17). Показателем пластичности (штампуемости) металла служит
глубина лунки до образования трещины. Очень разнообразны техноло-
гические пробы при производстве бесшовных и сварных труб. В качест-
ве примера на рис. 18 приведены схемы испытаний труб на сплющива-
ние и раздачу.
В последнее время получили широкое распространение методы
непрерывного бесконтактного измерения размеров проката и методы
неразрушающего контроля поверхностных и внутренних дефектов.
Например, в листовом производстве широко применяются рентгенов-
ские и радиоизотопные измерители толщины непрерывного действия.
Принцип их работы заключается в фиксации степени ослабления потока
излучения в зависимости от толщины полосы. Применяются также
толщиномеры, использующие другие физические эффекты: пневмати-
ческие, электромагнитные, ультразвуковые.
Для выявления поверхностных и внутренних дефектов служат
дефектоскопы разных типов: магнитные и электромагнитные, ультра-
звуковые, радиационные, лазерные. Как правило, каждый тип дефекто-
скопа выявляет преимущественно дефекты какого-то одного вида и
определенной глубины залегания. Поэтому на практике иногда уста-
навливают в потоке последовательно дефектоскопы двух типов,
например ультразвуковой и магнитный.
32
Рж. 17. Схема испытания листа на вытяжку (по Эриксену):
1 - лист; 2 — пуансон
вагот в потоке последовательно дефектоскопы двух типов, например
ультразвуковой и магнитный.
Обнаруживаемые при технологическом или конечном контроле
дефекты нередко бывают исправимыми. В первую очередь это относятся
к поверхностным дефектам (мелкие трещины, вмятины, царапины и
т.п.). Такие дефекты удаляют зачисткой наждачными кругами или
другими способами. При производстве сварных труб в случае обнеруже-
ния отдельных нарушений сплошности шва (непроваров) трубы подвер-
гают ремонту путем дополнительной сварки на дефектных участках.
Контроль качества проката на основных переделах и приемку гото-
вой продукции ведут сотрудники отдела технического контроля (ОТК)
предприятия. Они следят за выполнением технологических инструкций
и в случае нарушения их предупреждают об этом технологический
персонал, в первую очередь - мастера участка.
С участием работников ОТК на каждую партию готоной продукции
составляется специальный документ (сертификат), в котором указы-
ваются основные данные, необходимые потребителю: номер ГОСТа или
ТУ, марка и химический состав металла, размеры и форма изделия,
результаты механических испытаний, качество отделки поверхности
и др.
7. Технико-экономические показатели прокатного
производства
Производительность прокатных станов
Производительность прокатного стана (агрегата) определяется коли-
чеством металла, прокатанного в единицу времени, - час, смену, сутки,
месяц, год.
Технически возможная часовая производительность определяется по
формуле:
„ 3600 G .
Л"-----у—. т/ч.
(1)
где 3600 - количество секунд в часе; G - масса заготовки, т; Т - такт
(ритм) прокатки, с.
Такт прокатки - это время, которое проходит от начала прокатки
одной заготовки до начала прокатки следующей. В общем случае такт
прокатки складывается из времени нахождения металла в валках и
времени пауз, но конкретное определение этой величины зависит от
типа стана и технологии прокатки. Из формулы (1) видно, что чем
меньше такт прокатки, тем выше производительность стана.
На практике технически возможная производительность никогда
полностью не реализуется, так как в процессе работы неизбежны раз-
личные мелкие сбои, связанные с настройкой валков и привалковой
ерматуры, зачисткой поверхности валков, случайными задержками
раската и т.д. Поэтому определяют практически возможную часовую
производительность, для чего в формулу (1) вводят коэффициент
использования стана к„-,
П* 3600 Ск^/Т. • (2)
В зависимости от типа стана, совершенства его конструкции и органи-
зации технологического процесса коэффициент использования прини-
мают в пределах от 0,75 до 0,95. Очевидно, более высокие значения ки
соответствуют более высокому техническому и организационному
уровню эксплуатации стана.
Различают производительность стана по всаду и по годной продук-
ции, Производительность по всаду определяют, например, при прокатке
слитков на блюмингах и слябингах; в этом случае величина G в форму-
лах (1) и (2) - это масса слитка. Гораздо чаше определяют производи-
тельность станов по годной продукции. Для этого используют коэффи-
циент расхода металла к р.м, который представляет собой отношение
массы заготовки к массе готовых изделий. Производительность стана по
годной продукции будет;
34
n-MWGkjTk^ (3)
Значения коэффициента расхода металла крм для конкретных
технологий приведены в последующих разделах учебника.
Обычно прокатный стан выпускает не один, а много профилей (про-
филсразмеров); производительность на каждом из них различна. Сред-
нюю часовую производительность стана рассчитывают ло формуле:
------.Л, (4)
л, л, л„
где gi, ga, ;gf)- доля каждого профиля в общем объме выпущенного
проката по массе, %; Л», П2, .. ,,Пп- производительность по каждому
профилю, т/ч.
Для определения годовой производительности стана необходимо
знать фактическое число часов работы в году. Современные прокатные
станы в большинстве своем работают по непрерывному графику, оста-
навливаясь только на капитальные и планово-предупредительные
ремонты. При этом номинальное число часов работы в году со-
ставляет;
^ом = 24 -365 -24 Скпр = 8760 - 24 Скпр, (5)
где Скпр - число суток, запланированных на проведение капитальных и
планово-предупредительных ремонтов (в большинстве случаев от 10 до
30 суток).
Из номинального числа часов работы необходимо вычесть текущие
простои. Они планируются в основном для замены валков в прокатных
клетях и межсменных осмотров оборудования. Текущие простои 7Т
берутся в процентах от номинального числа часов работы:
? га
11П 100 лом
Коэффициент текущих простоев fc, п обычло принимается в пределах
5-20 %.
Таким образом, фактическое число часов работы 7$^ будет:
7фии = 8760 - 24 Чты. (7)
На практике фактическое число часов работы для разных станов
чаше всего находится в пределах 6500-7800 ч.
Годовая производительность стана Лгод определяется произведением
35
средней часовой производительности на фактическое число часов
работы в голу:
Д-ал = Др Дяга* (8)
Следует отметить, что производительность стана может исчисляться
не только по массе годного проката, но и в единицах длины или площа-
ди, а также в штуках. Если, например, требуется определить длину
прокатанных изделий, то надо разделить производительность, выражен-
ную в тоннах, на массу одного метра длины изделия (т).
Расход металла, материалов, электроэнергии
Расход металла на единицу массы годного проката характеризуется
двумя показателями: коэффициентом расхода металла tp.M и выходом
годного ВГ. Как уже отмечалось, коэффициент расхода металла fcp.M
определяется в виде отношения массы заготовки к массе готовой
продукции. Выход годного ВГ - это величина, обратная расходному
коэффициенту:
ВГ=1/^ы. (9)
Ясно, что коэффициент расхода металла всегда больше единицы, а
выход годного - меньше единицы. Потери металла в прокатном произ-
водстве складываются в основном из угара металла при нагреве, обрези
и брака. При холодной прокатке начального нагрева нет, но имеется
некоторая потеря металла при травлении, Расходный коэффициент
может быть вычислен для каждого отдельного передела; тогда полный
(сквозной) коэффициент расхода будет:
kpj< = kp-Mifcpj*2‘• ‘ ^.Мп, (10)
где fcp,ui> > ^р.мп ” расходные коэффициенты ва отдельных
переделах.
Помимо исходной заготовки, для осуществления технологического
процесса в прокатных цехах необходимы многие другие материалы и
энергоносители: топливо, электроэнергия, вода, пар, сжатый воздух,
смазочные материалы и др. Расход этих материалов выражается в
соответствующих единицах, отнесенных к тонне проката: топливо - в
МДж/т; электроэнергия - в кВт • ч/т; вода - в м3/т и т.д. К числу важ-
ных показателей относится также расход валков, который исчисляется
в кг/т. Конкретные данные по расходным коэффициентам и потребле-
нию различных материалов и энергоносителей на разных станах приве-
дены в дальнейшем.
Понятно, что чем ниже расходные коэффициенты (при надлежащем
36
качестве продукции), тем более рациональным и совершенным являет-
ся технологический процесс. Снижение расходных коэффициентов -
одна из главных задач технического прогресса в прокатном произ
водстве.
Себестоимость проката
Себестоимость продукции - это денежное выражение затрат пред-
приятия (цеха) ва производство и сбыт готовых изделий. В прокатных
цехах в большинстве случаев определяют себестоимость 1 физической
тонны изделий. Иногда за единицу продукции принимают 1 т теорети-
ческой массы, 1 м, 1 м2 или 1 шт.
Расчет затрат на единицу продукции называется калькуляцией.
Себестоимость и, соответственно, ее калькуляция включает стоимость
основных исходных материалов (слитков, заготовок), росходы по
переделу и общезаводские расходы.
Стоимость заготовки собственного производства определяют по
плановой себестоимости, поступающей с других заводов - по опто-
вой цене.
Расходы по переделу состоят из затрат ва технологическое топливо
(газ, мазут), энергетических затрат (электроэнергия, пар, вода, сжатый
воздух), стоимости вспомогательных материалов (смазочные масла,
наждачные круги, материалы для упаковки продукции и др.), заработ-
ной платы производственных рабочих, затрат ва замену изнашиваемых
деталей и инструмента (главным образом, валков), расходов на теку-
щий ремонт и поддержание в рабочем состоянии основных средств
производства, транспортных расходов, амортизационных отчислений,
прочих расходов цеха (оплата инженерно-технических работников,
младшего обслуживающего персонала, работников ОТК, затраты на ох-
рану труда и технику безопасности и др.).
Общезаводские расходы включают оплату административно-управ-
ленческого аппарата, сотрудников заводских лабораторий и служб,
расходы ва исследовательские работы, амортизацию общезаводск х
зданий и сооружений, содержание охраны и др. Эти расходы распре;
ляются между основными цехами пропорционально расходам по пе-
ределу.
Себестоимость рядового сортового и листового проката из углеродис-
той стали чаще всего находится в пределах 100- 200 руб/т*.
Анализ производственных данных показывает, что во многих слу-
чаях в себестоимости проката от 80 до 95 % занимает стоимость исход-
ных материалов (слитков, заготовок). Эти цифры подчеркивают важ-
ность мероприятий по снижению расхода металла в процессе его обра-
* По ценам 1990 г.
37
ботки. При этом надо учитывать, что основную долю потерь металла
обычно составляет обрезь (до 80- 85 %), в уменьшении которой имеются
значительные резервы. Необходимо также использовать все средства
для уменьшения угара металла при нагреве и устранения брака.
Из сказанного ясно, что себестоимость продукции концентрированно
отражает хозяйственную и производственную деятельность предприя-
тия (цеха). Снижение себестоимости при заданной отпускной цене
продукции позволяет повысить один из основных показателей эффек-
тивности производства - прибыль.
8. Охрана окружающей среды
Воздействие прокатных цехов на окружающую среду проявляется в
результате выделения пыли и газов в атмосферу и образования загряз-
ненных сточных вод.
При сжигании топлива в нагревательных устройствах образуется
дым, состоящий из газов (азот, окись и двуокись углерода, сернистый
ангидрид) и твердых частиц (зола, сажа). Для Очистки газов от пыли
применяются фильтрующие устройства различных типов, в том числе
электростатические.Однако надо отметить, что при использовании в
качестве топлива природного газа, что в настоящее время встречается
часто, продукты сгорания очистке не подвергаются, так как твердые
частицы в них почти отсутствуют.
На отдельных участках прокатного цеха выделения в атмосферу
могут быть более вредными: например, газы, выделяющиеся из травиль-
ных ванн, содержат пары серной или соляной кислоты, оксиды азота и
другие токсичные примеси. Эти газы отсасываются из отводящих боро-
вов и направляются в скрубберы, где проходят химическую очистку
(орошение циркулирующим известковым раствором и др.).
Прокатные цеха потребляют большое количество воды для охлажде-
ния элементов нагревательных печей, интенсивного охлаждения вал-
ков, гидросбива и смывания окалины, термической обработки металла,
приготовлени травильных растворов и смазочно-охлаждающих жидкос-
тей. Сточные воды прокатных цехов можно разделить на условно
чистые и загрязненные. К условно чистой относится вода, используемая
для охлаждения элементов нагреваельных устройств; она подвергается
только нагреву и после охлаждения в градирнях или брызгальных
бассейнах используется повторно.
В большинстве своем сточные воды прокатных цехов являются
загрязненными. Они содержат кусочки окалины, нефтепродукты (мас-
ла), клочки ветоши и друтве вещества. Для удаления загрязнений
применяются различные системы очистки. Обычно в прокатном цехе
имеется первичный отстойник, который служит для осаждения окалины
38
и выделения (вспыливания) основной части масла. Окалина периоди-
чески выгружается из отстойника грейферным краном, а масло уда-
ляется с поверхности воды с помощью нефтеловушек. Затем вода
поступает но второй отстойник, находящийся за пределами цеха, в
случае необходимости проходит через фильтровальные устройства и
подается в брызгательные бассейны, градирни или пруды-охладители;
отсюда вода снова поступает в прокатный цех.
Таким образом, в современных прокатных цехах действуют системы
оборотного водоснабжения. Это рационально и очень важно с точки
зрения зашиты окружающей среды. Добавка свежей воды из природных
источников в такую систему (для компенсации испарения) составляет
3-5 % от общего потребляемого объема.
Сложной обработке, включающей процессы регенерации, подвергают-
ся отработанные травильные и электролитические растворы, а также
смазочно-охлаждаюшие жидкости.
При сернокислотном травлении стали травильный раствор постепен-
но обогащается сульфатом железа (железным купоросом) FeSO*, а
концентрация серной кислоты H3SO4 снижается, Когда содержание
FeSO« достигает установленного предела (около 16-18 %), отработанный
раствор из травильных ванн поступает в регенерационную установку,
где из него путем выпаривания и другими методами выделяют желез-
ный купорос. Маточный раствор подвергается очистке от механических
примесей, в него добавляется свежая серная кислота, и он снова идет на
травление. Полученный как вторичное сырье железный купорос исполь-
зуется в химической промышленности и других отраслях народного
хозяйства. Промывочные воды из травильных агрегатов перед сбросом
в канализацию нейтрализуются известью.
В настоящее время получил распространение солянокислотный
способ травления стали. При этом в травильном растворе накапливается
хлористое железо (хлорид железа) FeCla. В процессе регенерации
отработанных растворов хлористое железо разлагается с образованием
соляной кислоты НС1, которая полностью возвращается на травление, и
оксидов (окислов) железа. Последние используются в металлургичес-
ком производстве, а также для получения химически чистого железно-
го порошка.
Отработанные водо-масляные эмульсии, образующиеся в цехах
холодной прокатки, обязательно подвергаются разложению на масло и
воду. С этой целью отработанная эмульсия заливается в бак-отстойник,
туда же вводится отработанный травильный раствор в количестве
10—15% от объема эмульсии. После тщательного перемешивания с
подогревом до 80-90’С содержимое бака отстаивается в течение 1,5-
2 суток, Выделившееся масло из верхней части бака поступает в масло-
сборник; оно может быть использовано в качестве топлива вместо
39
мазута. Очищенная от масла водная часть эмульсии после нейтрализа-
ции кальцинированной содой идет в оборотную систему водоснабжения.
Контрольные вопросы
1. На какие основные группы делится сортамент прокатной продукции?
2. Укажите основные подразделения сортового проката, листового проката, труб.
3. Приведите примеры специальных профилей проката.
4. Как подразделяются прокатные станы по назначению?
5. Приведите классификацию Прокиных станов по количеству и расположению валков.
6. Приведите классификацию прокатных станов по расположению рабочих клетей,
7. Назовите основные технологические схемы производства проката на металлургических
предприятиях.
8. Приведите н поясните схему устройства машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
9. В чем заключаются основные преимущества производства заготовок миодом непре-
рывного литья?
10. Приведите схемы совмещения МНЛЗ с прокатными станами.
11. Что такое литейно-прокатные агрегаты? Области их применения в настоящее время?
12. Назоните основные технологические операции в цехах горячей прокатки,
13. Какие цели достигаются путем ускоренного охлаждения металла непосредственно
поелегорячей прокатки?
14. Назоните основные технологические операции в цехах холодной прокатки.
15. На каких стадиях контролируется качество прокатной продукции? Какие показатели
качества подвергаются контролю?
16. Что такое технологические пробы? Приведите примеры технологических проб.
17. Как определяется технически и практически возможная часовая производительность
прокатного стана?
18. Как определяется годовая производительность прокатного стана?
19. Что такое расходный коэффициент металла и выход годного? Как эти показатели
связаны между собой?
20. Какими показателями характеризуется расход дополнительных материалов и энерго-
носителей в прокатных цехах?
21. Что такое себестоимость проката? Назоните основные составляющие себестоимости.
22. Какую часть в себестоимости прокатной продукции занимает стоимость основных
исходных материалов?
23. Какие статьи входят в расходы по переделу?
24. Каковы основные направления воздействия Прокиных цехов на окружающую среду?
25. Как очищаются загрязненные сточные воды Прокиных цехов? Что такое система
оборотного водоснабжения?
М. В чем заключается регеиерация отработанных травильных растворов?
27. Что делают с отработанными водо-масляными эмульсиями?
40
Часть II. ОБЖИМНО-ЗАГОТОВОЧНОЕ И СОРТОВОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
им L ОБЦЯЕ ПОЛОЖЕНИЯ КАЛИБРОВКИ ПРОКАТНЫХ ВАЛКОВ
1. Задачи калибровки прокатных валков
Сортовые профили простой и сложной конфигурации поперечного
сечения прокатывают в калиброванных валках. На валках выполняют
кольцевые проточки (ручьи) в соответствии с формой прокатываемого
профиля, причем ручей ва одном из валков охватывает только часть
периметра профиля. Ручьи нескольких валков (двух, трех или четырех),
полностью охватывающие профиль по периметру, за исключением
зазоров между валками, составляют калибр. Во время прокатки заго-
товку направляют в калибр, она деформируется и ее поперечное сече-
ние приобретает форму калибра. При этом в случае избытка металла
происходит переполнение калибра и металл выходит в зазор между
валками, при недостатке металла калибр не полностью заполняется
металлом и заданный профиль не будет выполнен.
Таким образом, получение профиля заданной конфигурации и тре-
буемых размеров поперечного сечения зависит не только от формы и
размеров калибра, но также и от формы и размеров заготовки, задавае-
мой в калибр. Обычно прокатка сортовых профилей производится из
слитков или заготовок, имеющих в основном квадратное или прямо-
угольное сечение. Получение требуемого сортового профили произво-
дится путем последовательной прокатки в нескольких калибрах, в
процессе которой осуществляется постепенное изменение формы и
размеров сечения до получения готового профиля. Последовательность
калибров, обеспечивающая получение заданного готового профиля из
заготовки определенной формы и размеров, называется калибровкой
профиля, а с учетом расположения калибров на валках такую последо-
вательность калибров называют калибровкой прокатных валков.
Конструирование калибров (определение их формы и размеров),
расчет режима деформаций составляют предмет калибровки валков.
При разработке калибровок валков сортовых станов воникает целый
ряд инженерных задач, рациональное решение которых возможно
только при учете конкретной производственной обстановки, техничес-
ких возможностей оборудования, пластических свойств обрабатывае-
мых материалов и многих других технологических факторов.
Важнейшими задачами калибровки прокатных валков являются:
1. Получение точного профиля с хорошим качеством поверхности,
заданной структурой и надлежащими механическими свойствами при
отсутствии дефектов прокатного происхождения.
41
2. Обеспечение высокой производительности прокатного стана за счет
применения интенсивных режимов деформации, сокращения количест-
ва проходов и вспомогательных операций, повышения скорости прокат-
ки, механизации и автоматизации процесса прокатки.
3. Обеспечение минимальной себестоимости проката за счет примене-
ния схем и режимов деформации, требующих минимального расхода
металла, валков и энергии.
Для этих задач характерна многовариантность возможных решений, а
также их тесная взаимосвязь и влияние результатов решения одной
задачи на другие. Возникает необходимость поиска оптимального
варианта калибровки. Но если раньше поиск происходит интуитивно, а
также путем многочисленных проб и ошибок, то в настоящее время
калибровщик может использовать широкие возможности ЭВМ для
поиска оптимального варианта, более полно учесть многочисленные
технические требования и технологические особенности производства
Совершенствованию калибровок способствует также и расширение
научных знаний о процессах деформации в калибрах.
2, Классификация калибров
Калибры различаются по форме, конструкции и назначению.
По форме калибры подразделяют на простые и фасонные. Калибры
простой формы имеют очертания простых геометрических фигур: прямо-
угольника, квадрата, ромба, шестиугольника, овала, круга. Для них
характерно наличие полной симметрии относительно вертикальной и
горизонтальной осей (рис. 19, а). Калибры более сложной конфигурации
называют фасонными (балочные, швеллерные, уголковые, рельсовые,
тавровые и др.) (рис. 19, б). Такие калибры могут иметь одноосную
симметрию или быть полностью асимметричными.
По конструкции калибры отличаются соотношением размеров эле-
ментов, способом образования элементов профиля, расположением
разъемов калибра. Так, например, круглый калибр может быть выпол-
нен с различным отношением ширины к высоте калибра, с наличием
прямолинейных участков в местах, примыкающих к разъему. Так как
контур калибра образуется ручьями двух или более валков, то он не
является сплошным, а прерывается участками зазоров между буртами
валков. Если зазоры располагаются в пределах высоты калибра, то
калибр называют открытым, в противном случае - закрытым. Если
зазоры располагаются с одной стороны в нижней, а с другой стороны в
верхней части калибра, то такие калибрм называют диагональными. На
рис. 19 все простые калибры и уголковый фасонный калибр - открытые,
остальные фасонные калибры - закрытые, а рельсовый калибр - диа-
гональный.
42
Рж. 19. Формы калибров:
в - простые; 5 - фасонные
Если в фасонном калибре какой-либо элемент калибра образован за
счет вреза только в один из валков, то такой элемент калибра называет-
ся закрытым. Если элемент калибра образован контурами ручьев обоих
валков, то такой элемент называют открытым.
По назначению калибры подразделяют на обжимные (вытяжные),
черновые и чистовые. Вначале слиток или заготовку прокатывают в
нескольких обжимных калибрах с целью получения заготовки меньше-
го поперечного сечения. В качестве обжимных калибров используют
чередующиеся калибры простой формы: прямоугольник - прямоуголь-
ник, ромб - квадрат, овал - квадрат и др. В конечном счете после
прокатки в обжимных калибрах получают квадратную или прямоуголь-
ную заготовку большой длины, площадь поперечного сечения которой
еще значительно (в 3-5 раз) превышает площадь сечения готового
профиля.
Затем заготовку прокатывают в черновых калибрах, в которых
форма сечения прокатываемой полосы постепенно приближается к
форма готового профиля, а также происходит уменьшение площади
поперечного сечения и вытяжка полосы. Количество черновых калиб-
ров и их форма зависит от сложности формы готового профиля и отли-
чаются большим разнообразием. При разработке калибровок прокатных
валков конструирование черновых калибров является наиболее слож-
ным и ответственным этапом работы, определяющим успех всей калиб-
ровки. Большое разнообразие форм калибров усложняет расчетное
определение заполнения калибров. Только на основе глубокого анали-
за условий деформации в различных элементах калибра можно предста-
вить и количественно оценить процесс формоизменения в калибре,
выбрать оптимальную форму и размеры элементов калибра. Последний
черновой калибр называют предчистовым или предотделочным.
Чистовые калибры имеют форму готового профиля. Размеры чистово-
го калибра определяют с учетом линейного расширения металла в
нагретом состоянии и допусков на отклонение размеров элементов
поперечного сечения профиля. Для получения готового профиля, как
правило, используют один чистовой калибр. Однако известен опыт
43
применения двух и трех последовательно расположенных чистовых
калибров, имеющих одинаковые размеры. При этом повышается стой-
кость последнего чистового калибра, что способствует получению более
высокой точности и высокого качества поверхности готового профиля.
3. Элементы калибра
Рассмотрим некоторые особенности конструкции калибров, обшие
для калибров любой формы.
Выпуск калибра
Для обеспечения свободного выхода прокатываемого металла из
калибре без защемления ширина ручья на каждом из валков, образую-
щих калибр, не должна увеличннаться по мере увеличения глубины
вреза ручья. Боковые стенки калибра почти никогда не располагают
перпендикулярно к оси валка, так как при этом металл все же защем-
ляется в калибре. Как правило, стенки калибра выполняют с наклоном
к оси валка таким образом, чтобы ширина калибра уменьшалась по
мере увеличения глубины вреза. Наклон стенок к радиальному направ-
лению называют выпуском калибра. Величина выпуска измеряется
углом наклона ф (град) (рис. 20) или tgip (в относительных единицах или
в %) или абсолютной величиной 6 (мм) отклонения стенки калибре от
вертикали на всей глубине вреза hp.
Выпуск калибра не только предотвращает защемление металла в
калибре и оковывание валка, но также облегчает направление заготов-
ки и захват металла калибром, создает место для течения металла в
направлении уширения.
Выпуск калибра приводит к искажению формы профиля по сравне-
нию с правильной геометрической формой, поэтому в чистовых калиб-
рах, предчистовых и последних черновых калибрах применяют неболь-
шие выпуски. Искажение формы поперечного сечения полосы в обжим-
ных калибрах не оказывает влияния на форму готового профиля, и в
этих калибрах могут быть применены большие выпуски. Максимальная
величина выпуска в обжимных калибрах достигает 30-40 %. Обычно
величина выпуска в обжимных калибрах составляет 10- 20 %, в черно-
вых калибрах- 5-10%. в чистовых калибрах - 1,0-1,5 %.
Наклон боковых стенок калибра имеет важное значение при восста-
новлении первоначальных размеров изношенных калибров путем
переточки валка. На схеме (рис. 21) пунктиром показано, как изменяет-
ся контур калибра в результате износа и необходимый съем металла Д
для восстановления первоначальных размеров калибра. Из Aebc сле-
дует, что Д = ftc/tgip (Д - съем металла по радиусу валка, Ьс - глубина
44
Гж. Ж. Конструкция прямоугольного (ящичного} кдлибра
Рж. И. Сим* твоей кдпиБр* и восетаноы впт но размеров при переточке ввлкл;
1 - тай калибр; 2 - иереючашый калибр
выработки боковой стенки калибра). Очевидно, что с увеличением
выпуска величина переточки Л уменьшается.
Закругления в калибрах
В обжимных и черновых калибрах углы, как правило, выполняются
закругленными. Это делается для того, чтобы избежать концентрации
напряжений и получать раскат без острых кромок. Острые кромки
легко сминаются при движении раската по рольгангам и через провод-
ковую арматуру, при прокатке в последующем калибре могут появить-
ся закаты. При неточной задаче заготовки с острыми кромками в после-
дующий калибр происходит смятие кромок и образование поверхност-
ных дефектов. Кроме того, острые кромки быстро охлаждаются. При
последующей прокатке ва кромках могут появиться трещины из-за
недостаточной пластичности подстывшего металла. Закругления углов
на буртах калибров вблизи зазоров предотвращают (в случае перепол-
нения калибре металлом) образование резко выступающих заусенцев.
Заусенец с пологими боковыми стенками при последующей прокатке
раскатывается без заката. Величину радиусов закруглений выбирают
конструктивно. Обычно принимают г = (0,1 + 0,2) Ик.
Если готовый профиль должен иметь острые (без закругления) углы,
го соответствующие углы чистового калибре также должны быть остры-
ми. Однако это не гарантирует получение профиля с острыми углами,
так как калибр может быть не заполнен металлом и вместо острого угна
образуется закругление на готовом профиле. Для улучшения выполне-
ния острых углов на готовом профиле формирование углов начинают в
предыдущих калибрах, где они выполняются без закруглений.
45
Зазоры между буртами валков
Пол действием усилия прокатки происходит так называемая отдача
валков, т.е. расстояние между валками несколько увеличивается за
счет выборки зазоров между деталями рабочей клети 83 и упругой
деформации деталей рабочей клети Ву. При этом высота калибра увели-
чится и в этом положении должна быть равна заданной высоте профиля.
Чтобы получить профиль заданной высоты, необходимо перед прокат-
кой уменьшить высоту калибра на величину 6а + Зу путем сближения
валков, используя зазор s между буртами валков. Таким образом, зазор
s позволяет регулировать высоту калибра для компенсации не только
отдачи валков, но также и износа калибра по высоте в процессе прокат-
ки. В ряде случаев зазор между валками позволяет при прокатке в
простых калибрах значительно изменять высоту калибра и использо-
вать одни и те же валки в калибровках нескольких размеров профилей,
что дает экономию валков.
Чтобы иметь возможность компенсировать отдачу валков и износ
калибра 6ВД, зазор s должен удовлетворять условию s> 83 + 8у + 8Щ.
Однако при большом зазоре контур калибра остается незамкнутым на
большом участке, ухудшается выполнение размеров профиля, поэтому
в чистовых калибрах зазоры должны быть минимально возможными по
условию настройкв калибра на требуемый размер. В черновых калибрах
зазоры могут быть увеличены. Наибольшие зазоры допускаются в
обжимных калибрах.
По данным В.Б.Диомидова и Н.В.Литовченко, величина зазора зави-
сит от типа стана и находится в следующем соотношении с диаметром
валка D;
в предчистовых и чистовых калибрах s = (0,002 + 0,012)D;
в черновых калибрах 5 = (0,003 + 0,020)2);
в обжимных калибрах s = (0,006 * 0,025)D.
4. Системы вытяжных калибров
Под системой вытяжных калибров понимают последовательность
простых калибров с установленным чередоваинем их форм. В основном
применяются последовательности двух форы калибров.
Система прямоугольных (ящичных) калибров (рис. 22)
В этой системе калибров чередуются плоский прямоугольный ящич-
ный калибр и ящичный квадрат. Перед задачей раската в ящичный
квадрат необходима кантовка полосы на 90’. В результате исходное
квадратное или прямоугольное сечение слитка или заготовки умень-
шается до требуемых размеров.
46
Рж. Л Стал прокатки в системе калибров овал-квадрат
На современных прокатных станах эта система вытяжных калибров
получила широкое распространение. Этому способствуют следующие
достоинства этой системы:
1. Сравнительно небольшие вразы в валки мало ослабляют их сече-
ние, что позволяет вести прокатку с большими нагрузками на валки и
повысить производительность стана.
2. Равномерное обжатие по всей ширине заготовки уменьшает опас-
ность образования трещин при прокатке малопластичных металлов.
3. Размеры калибра легко регулируются в широких пределах путем
изменения зазора между валками. Это позволяет использовать один
калибр для нескольких проходов и для получения заготовок различ-
ных размеров, так как деформация в ящичном калибре может происхо-
дить с различной степенью ограничения уширения.
4. Во время прокатки с боковых граней полосы легко отделяется
окалина.
5. Полоса прямоугольного сечения устойчива на рольганге и в калиб-
ре, не требует применения сложной проводковой арматуры,
Максимальная величина обжатия в ящичных калибрах обычно
ограничивается условиями захвата. При прокатке на стальных валках
угол захвата обычно составляет 24-26’, на чугунных валках - 19-
22*. Контакт полосы с наклонными стенками калибра способствует
улучшению захвата. В системе ящичных калибров возможны различные
варианты комбинаций прямоугольных и квадратных ящичных калиб-
ров, иногда вместо прямоугольного ящичного калибра используют
гладкую бочку. В конкретных условиях прокатного стана это позволяет
получить преимущество в сокращении кантовок, или в сокращении
числа перевалок при смене профиля, или в сокращении расхода вал-
ков и др.
Квадратная заготовка, получаемая из ящичного калибра, часто имеет
неправильную форму, большие радиусы закруглений и используется
только как промежуточное сечение. При необходимости получить
точную квадратную заготовку или готовый чистовой квадратный
профиль нужно использовать другую систему калибров с диагональным
расположением квадратного калибре.
Переход от системы ящичных калибров к другой системе вытяжных
калибров возможен как от ящичного квадрата, так и от плоского
47
Ри». 74, г Томы перехода на сяпшы яличных калибров к дорШ системам калибров:
в — яз ящичного квадрата; В—ю плоского ящичного калибра
ящичного калибра. Квадратная заготовка может быть направлена в
ромбический или овальный калибр (рис. 23, я). Плоский ящичный
калибр с увеличением выпусков трансформируется в шестиугольник
или плоский овал, что позволяет осуществить переход в диагональный
квадрат или ребровой овал (рис. 23, б).
Системы калибров ромб - квадрат и ромб - ромб (рис. 24)
В системе ромб - квадрат чередуются ромбический и диагональный
квадратный калибры, В системе ромб - ромб используются только
подобные по форме ромбические калибры с размерами, уменьшающими-
ся по ходу прокатки.
Эти системы имеют ряд эксплуатационных достоинств, которые по
мере уменьшения размеров заготовки делают их предпочтительнее
системы ящичных калибров. Главное достоинство состоит в том, что эти
системы позволяют получить большое разнообразие квадратных профи-
лей. Квадратные заготовки и готовые профиля, получаемые из диаго-
нальных квадратных калибров, имеют правильную геометрическую
Рж. 34. Схаа прсквткх в вытяжных клпхбрвю
в - по системе ромб-хвадрвг, б - по системе ромб—ромб
48
Рж. 25. Сим* получения гаадрияой заготовки
в ромбическом калибре
форму, высокую точность размеров. При необходимости профиль может
быть выполнен с острыми углами. Из одного и того же калибра можно
получить квадратные заготовки нескольких размеров за счет измене-
ния зазора между валками. Из каждого ромбического калибра при
необходимости за два прохода с кантовкой раската на 90’ можно полу-
чить заготовку, близкую ло форме к квадратной с выпуклыми сторона-
ми (рис. 25). Профиль хорошо центрируется, устойчив в калибре, что
позволяет использовать простую по конструкции проводковую армату-
ру. Деформация в ромбических и квадратных калибрах близка к равно-
мерной, что способствует получению проката высокого качества.
По сравнению с ящичными калибрами ромбические и квадратные
калибры больше ослабляют прочность валка из-за глубоких врезов и
острых углов. Поэтому при размерах сечения полосы свыше 140 X
140 мм системы с ромбическими и квадратными калибрами не при-
меняют.
В ромбических калибрах плохо осыпается окалина с поверхности
полосы, вдавливается валками в металл и готовый прокат будет иметь
дефекты поверхности. Для удаления окалины заготовку вначале
прокатывают в ящичных калибрах, а затем переходят к использованию
ромбических и квадратных калибров.
Вытяжная способность систем калибров ромб - квадрат и ромб -
ромб сравнительно невелика. Малая вытяжка объясняется значитель-
ным течением металла в направлении уширения из-за неодновременно-
го обжатия профиля по всей ширине калибра на протяжении очага
деформации. Обычно вытяжка за один проход составляет 1,2-1,4,
причем коэффициенты вытяжки в ромбическом и квадратном калибрах
мало отличаются. С уменьшением сечения вытяжку в ромбическом
калибре принимают на 2-4 % больше, чем в квадратном.
При прокатке качественных сталей и цветных металлов применяют
ромбические калибры с углом при вершине 95-100' при коэффициентах
вытяжки 1,2-1,25. С увеличением угла при вершине ромбического
калибра коэффициенты вытяжки в ромбических и квадратных калиб-
рах возрастают. Типовой системой ромб - квадрат является система, у
которой ромбические калибры имеют утоп при вершине, равный 120‘,
при этом практически применяемые вытяжки редко превышают 1Д
49
4-123
Система калибров овал - квадрат
Квадратная заготовка в овальном калибре прокатывается плашмя.
При этом ребра квадрата обжимаются и формируются выпуклости
посередине боковых граней. После выхода из овального калибра полоса
кантуется на 90е и прокатывается в ребровом положении в следующем
квадратном калибре (рис. 26), где образуются новые углы квадрата в
местах, отвечающих серединам боковых граней предыдущей квадрат-
ной заготовки, т.е. при переходе ot квадрата к квадрату происходит
обновление углов квадратной заготовки. Последующая задача квадрата
в овальный калибр сопровождается кантовкой профиля на 45', причем
эта кантовка обычно не требует применения специальных кантующих
устройств, так как в овальном калибре квадратный профиль самоуста-
навливается в положении плашмя.
Постоянное обновление ребер обеспечивает более равномерное
распределение температуры по сечению полосы, на ребрах не происхо-
дит концентрация растягивающих напряжений и не образуются попереч-
ные трещины, структура прокатанного металла получается более
однородной, что является достоинством вытяжной системы овал -
квадрат. Но основным ее преимуществом является возможность приме-
нения больших вытяжек за один проход, особенно овальном калибра,
где максимальные коэффициенты вытяжки достигают 2- 2,2. Большие
вытяжки объясняются особенностями схемы обжатия квадратной
полосы в овальном калибре. Коэффициенты вытяжки овала в квадрате
сравнительно невелики (1,3-1,4). Таким образом, распределение вытя-
жек в каждой паре калибров овал - квадрат всегда неравномерно - в
овальном калибре вытяжка больше, чем в квадратном. Это приводит к
неравномерности распределения нагрузок по клетям, что является
существенным недостатком системы калибров овал - квадрат. С целью
уменьшения этого недостатка для увеличения вытяжки в квадратном
калибра применяют плоские овалы или овалы с вогнутым очертанием
(рис. 27). Такая форма овала при прокатке в квадратном калибра спо-
собствует уменьшению площади необжимаемых зон, дает больший
простор на уширение, что позволяет увеличить обжатие в квадратном
калибре и получить большую вытяжку.
При прокатке в системе калибров овал - квадрат из-за большой не-
hr. 28, Схема прокатки в системе калибров шестнугопаник-
50
Рне. 27. Форме овальных калибров:
s - плоский овал; б — овал с вогнутым дном
равномерности деформации квадратной заготовки по ширине овального
калибра возможно образование дефектов в виде морщин, складок или
трещин на поверхности полосы. В овальном калибре 1 (рис. 28) в местах
интенсивного обжатия углов квадратной заготовки происходит повы-
шенный износ ручьев, на профиле появляется рябизна. В последующем
калибра 2 рябизна переходит на грани квадратной полосы, а затем при
интенсивном уменьшении высоты боковых граней в калибре 3 обра-
зуются дефекты, называемые морщинами. В квадратном калибре 4 при
притупленной вершине овала морщины еще больше сжимаются и могут
образовать волосные трещины.
В системе овал - квадрат профили, получаемые из овальных и из
квадратных калибров, могут иметь отклонения геометрической формы
от формы калибра как из-за незаполнения или переполнения калибров,
так и из-за неправильной настройки проводковой арматуры. Плохо
выполненный овальный профиль вызывает затруднения при кантовке.
В квадратном калибре возможно сваливание овальной заготовки.
Плохо выполненный квадратный профиль при последующей прокатке в
овальном калибра скручивается (рис. 29).
Калибры системы овал - квадрат применяют главным образом на
мелкосортных и проволочных станах при необходимости большой
общей вытяжки от заготовки до готоного профиля.
Рж. 28. Образование складок при прокатке в системе калибров мал—квадрат
Рж. 29. Скручивание плохо выполненного профиля в овальном калибре
Рж. M, Схем* прокатов в вытяжных прямоугольных калибрах
Система калибров шестиугольник - квадрат (рис. 30)
Вместо системы калибров овал - квадрат за последние годы все
большее распространение получает система калибров шестиугольник -
квадрат. В этой системе также происходит обновление углов у квадра-
тов. Замена овального калибра шестиугольником с углом наклона боко-
вых стенок 45' дает ряд технологических преимуществ. Шестиугольник
лучше удерживается валковой арматурой, более надежно работают
кантующие устройства при задаче шестиугольника в квадратный ка-
либр. Положение шестиугольника в квадратном калибра более устойчи-
во, чем овального профиля. При прокатке в шестиугольном калибре
квадратной заготовки распределение деформаций по ширине заготовки
более равномерно, чем в овальном калибре. Увеличивается коэффи-
циент вытяжки в квадратном калибра при обжатии шестиугольника по
сравнению с овалом, так как имеется большой простор на уширение.
Наконец, упрощается расточка валков и конструкция валковой
арматуры.
Эти преимущества особенно важны для непрерывных станов, где
надежность кантовки, устойчивость раската в калибре оказывают
большое влияние на производительность стана.
Системы калибров овал - ребровой овал и овал - круг
Эти системы калибров применяют на непрерывных мелкосортных и
проволочных станах. В этой системе на раскате практически отсутству-
ют острые ребра, распределение температуры по сечению и деформаций
близко к равномерному, что обусловливает однородность структуры и
механических свойств проката. Равномерным является также износ
калибров, что повышает стойкость калибров, уменьшает расход валков.
Схемы прокатки с применением систем овал - ребровый-овал и овал
- круг показаны на рис. 31. Если стан состоит только из горизонтальных
клетей, то после каждого прохода производится кантовка полосы на
90*, за исключением кантовки круга в системе овал - круг. Ребровый
□вал в плоском овале прокатывается в положении плашмя, причем
после входа в калибр раскат самостоятельно кантуется и занимает
устойчивое положение. Особенно удобно применять систему овал -
52
Пк. 31. Схаш проклкя в еияемах калибров:
п - мл—ребровый овал е горизонтальными клетями; б - овал-ребровый овал е чередова-
нием горизонтальных и вертикальных клетей: в — овал—круг с гориэслтапьвымв клетями
ребровый овал на непрерывных станах с чередованием вертикальных и
горизонтальных клетей, когда кантовка полосы между клетями не
требуется.
Как и в системе овал - квадрат, распределение вытяжек в паре
калибров неодинаково; в плоском овальном калибре возможная вы-
тяжка больше, чем в ребровом калибре. Даже если принять в обоих
калибрах одинаковые вытяжки (Х^, = 1,2 * 1,4), нагрузка при прокатке
в плоском овальном калибре будет больше, чем в ребровом овале, из-за
большей площади контактной поверхности. Поэтому часто бывает, что в
непрерывном стане вертикальные клети перегружены, а горизонталь-
ные значительно недогружены.
Большим достоинством овальных калибров является их широкая
универсальность, т.е. возможность получения профилей нескольких
размеров без замены калибров только за счет регулирования высоты
калибра путем изменения зазора при установке валков. Такая универ-
сальность позволяет сократить простои стана, связанные с переходами и
перевалками, сократить парк валков. В системе овал - круг черновые
круглые калибры можно использовать как чистовые для получения
круглой стали различных диаметров.
Недостатками рассматриваемых систем калибров являются сравни-
тельно небольшие вытяжки и плохая устойчивость полосы в ребровом
овале и круглом калибре.
53
5. Геометрия простых калибров
Для построения калибров простой формы необходимо определять
следующие размеры: Нк и Вк - высоту и ширину калибра; Нвр и Ввр -
глубину и ширину вреза ручьев; ? и гх - радиусы закруглений по дну
калибра и по буртам; Я - радиус очертания ручьев; з - зазор между
буртами валков.
Важной характеристикой всех простых калибров является отноше-
ние размеров калибра Зк/Ик = ак и прокатанной в нем полосы hi/fti = oi.
С повышением ак, при прочих равных условиях, коэффициент вытяжки
возрастает. Однако при этом увеличивается ох и при прокатке в после-
дующем калибре ухудшаются условия устойчивости полосы. Поэтому
для каждого вида калибра установлены допустимые пределы измене-
ния величины пк.
Степень заполнения калибров металлом характеризуют величиной
6i = bi/BK < 1.
Ящичные калибры
В зависимости от ширины исходной полосы Ьо выбирает ширину
калибра по дну ручья: Ва = (0,95 ~ 1,0) Ьо.
При Ьо/Вд > 1 происходит удержание и боковое обжатие (защемление)
заготовки стенками калибра при входе ее в валки, улучшаются условия
захвата и устойчивость раската в калибре.
Высота калибра определяется в соответствии с толщиной исход-
ной полосы ho и принятым обжатием Ah: Нк = ho - Ah. Высота калибра
будет равна требуемой толщине полосы после прокатки,
Выбрав величину выпуска боковых стенок калибра tgq: в соответст-
вии с назначением калибра, определяют ширину калибра:
Вк-Вд + ^tgq». (10)
Величина ак практически находится в пределах 0,5-2,5.
По найденным размерам Нк, Вд и Вк выполняют построение калибра
(рис. 32). В зависимости от диаметра валков и назначения калибра
принимают величину зазора s. Обозначив зазор з на ’’скелете” калибра,
можно определить глубину Ивр и ширину Ввр вреза ручьев или рассчи-
тать эти размеры по формулам:
Hw-(H,-s)/2; (П)
В,Ф"В„ + (И,-ЯЧФ. (12)
Радиус закруглений: г= (0,10- 0,15)Як; п = (0,8- 1,0)г.
В некоторых случаях дно ящичного калибра выполняют с выпук-
лостью /. Это способствует улучшению устойчивости раската на рольган-
54
Рис. 31 Построение ящичного кжлибре
Рис. 33. Построение ромбического калибре
ге, предотвращает переполнение при прокатке в следующем калибре
после кантовки на 90’. Величину выпуклости f принимают 0,5-5,0 мм
в зависимости от размеров прокатываемого профиля.
Степень заполнения металлом ящичных калибров рекомендуется
принимать 61 = 0,85-0 95,
В зависимости от степени заполнения можно определить площадь
сечения раската в ящичном калибре:
Fi = " -В£)/2*8Ф " о2к(1 - *1)аМ*«/2- 0,55г3. (13)
За счет выполнения выпуклости дна калибра площадь сечения
раската уменьшается ва величину AFi = 4/з[(Вд- 2г}. При приближен-
ных расчетах площадь сечения раската с учетом закруглений углов
принимают равной
F1«0,98ftih11 (13а)
Ромбические калибры
Размеры Йк и Вк ромбического калибра определяют в процессе
расчета калибровки с учетом заданной величины коэффициента вытяж-
ки в калибре, правильного заполнения калибра, а также с учетом
получения размеров сечения, удовлетворяющих условиям прокатки в
следующем калибре.
Откладывая на вертикальной и горизонтальной осях размеры Нк и
Вк (рис. 33), выполняют построение скелета калибра в виде геометри-
чески правильного ромба со стороной ср и тупым углом при вершине ₽.
Очевидны соотношения: ок = Вк/Нк = tgp/2; ср » В*/2 sinp/2.
На практике используются ромбические калибры, характеризующие-
ся величиной Ок = 1,2 * 2,5.
55
При зазоре s ширина вреза ручья будет равна
бвр -Вк- saK.
(14)
Радиус закругления вершины калибра г = (0,15 * 0,20)йк,
Закругление бурта обычно выполняют радиусом г1 = (0,10 + 0,15)WK-
Иногда ромбический калибр выполняют ”с развалом” для предупрежде-
ния переполнения калибра металлом. В этом случае радиус закругле-
ния гх значительно увеличивают: г4 = (0,5 * 1,0) cD.
В результате закругления вершины калибра уменьшается глубина
вреза ручья: Нвр = (hx - s)/2, где hj - высота полосы, выходящей из
калибра, определенная с учетом закругления вершин радиусом г:
h,-Ик-2Г(71+ 1/,;- 1). (15)
Для предотвращения образования в зазорах калибра заусенцев на
профиле в виде "лампасов” рекомендуется принимать степень запол-
нения калибра = 0,85 * 0,9. При этом образуется притупление
лц ромбической полосы у разъема калибра, величина которого зависит
от степени заполнения и высоты калибра:
«!-(!-8,)ЯК. (16)
С учетом степени заполнения ромбического калибра и закруглений
на профиле площадь сечения раската ва выходе из калибра будет равна
F, = ВкНкб.» - 6,/2) - 0,43г2. (17)
Используя размеры прокатанной ромбической полосы, площадь ее
поперечного сечения можно определить по формуле
При приближенных расчетах площадь сечения ромбической полосы
определяют как
Fj-bjhi/2. (176)
Квадратные калибры
Построение квадратного калибра выполняется аналогично построе-
нию ромбического калибра (рж. 34) с учетом 0 = 90' и Нк = Вк. Сторона
квадрата будет равна с = Як/yl Радиус закругления вершины калибра
г = (0,1 + 0,2)с. Закругление бурта выполняют радиусом rt = (0,10 *
56
Рис. 34. Построение кавдринмо калибра
Рис. 35. Построение шестиугольного калибра
0.15)Як, а при построении квадратного калибра ”с развалом” радиус
увеличивают до т, = 0,5Як.
Высота профиля, выходящего из квадратного калибра, будет не-
сколько меньше высоты калибра Нк из-за закруглений вершин радиу-
сом г:
Ь,-JUc-0,83г. (18)
Степень заполнения квадратного калибра рекомендуется 0,85-0,9
(кроме чистового квадратного калибра).
Для получения квадратной горячекатаной стали с острыми углами в
соответствии с требованиями ГОСТ чистоной квадратный калибр и
предчистовой ромбический калибр выполняют без закругления вершин
(радиус притуплении кромок на профиле должен быть не более 0,1-
(1,15 мм). Для получения точных размеров диагоналей квадрата степень
ишолнения чистового квадратного калибра должна быть близка к 1,0.
Иногда, учитывая неравномерность температурной усадки профиля при
члаждении, чистовой квадратный калибр выполняют с углами при
першинах равными не 90°, а 90’30'.
Площадь сечения квадратного профиля с закругленными углами
Радиусом г при степени заполнения калибра б,. определяется по фор-
муле;
“С3 6t(2-6J-0,43г2. (19)
При приближенных расчетах принимают
I, 0,97 + 0,98с’. (19а)
57
Шестиугольные калибры (рис. 35)
Высоту и ширину шестиугольного калибра определяют исходя из
принятого режима обжатий квадратной заготовки, задаваемой в ка-
либр, и с учетом условий деформации шестиугольного профили в
последующем квадратном калибре. Обычно ак = Вк/Нк = 2,0 ♦ 4,5.
По размерам Нк и Вк выполняется построение скелета калибра с
углом наклона боковых стенок 45'. Ширина по дну калибра (BJ опре-
деляется построением. Практически величина В д находится в следую-
щем соотношении с размером с стороны квадрата, задаваемого в ка-
либр: В д-(0,85 + 1,05) С.
Зазор $ по буртам калибра выбирают в пределах (0,15-0,2) Н*,
радиусы закруглений углов г= г, = (0,15- 0,40) Нк.
Степень заполнения шестиугольного калибра рекомендуется 0,8-
0,9. Величина притупления определяется в зависимости от степени
заполнения и ширины калибра:
mx-BK(i-6J. (20)
Площадь сечения шестиугольного профиля равна:
F, - И’(о,- 0,5) - -у (1 - 6,)" - 0,088 г’. (21)
Используя величину притупления ту площадь сечения шестиуголь-
ного профиля можно определить по формуле:
Fx = H^aK6t - 0,5(Як - mJ» - 0,088г». (21а)
При приближенных расчетах можно принять
Fj = bthx - 0,32h» (при mx *0,2hJ. (216)
Ряь Зв. Построение одаораднусвого овального калибра
Рис. 37. Построение оллиптячесюто овального калибра
58
Простые овальные калибры (однорадиусные)
Для построения используются определенные в соответствии с при-
нятым при расчете калибровки режимом обжатий размеры высоты
овального калибра Нк и ширины Вк. В практических калибровках
используются овалы с соотношением размеров ак = BJHK 1,5 + 4,5.
Радиус ручьев R определяется расчетом по формуле
/? = (В£ + (22)
Зазор з по буртам калибра принимают в пределах (0,15-0,2) Як.
Выполнив построение скелета (рис. 36), можно графически опреде-
лить ширину вреза ручья или рассчитать эту величину по формуле:
- (и.-*) - 1. (23)
Радиусы закруглений углов = (0,1 - 0,4) Ик.
Степень заполнения овального калибра рекомендуется 0,8-0,9.
Притупление овального профиля на практике чаще всего составляет
(0,1 * 0,3) Нк. Величину притупления можно определить расчетом
в зависимости от степени заполнения и формы калибра по формуле:
Площадь сечения овального профиля равна
Г, 2R1atHta-^ - j. (25)
При приближенных расчетах можно принять
Ьд
Fj - -j- (2 й» + mJ (25а)
или (при Wj 0,1 hj Ft * 0,7 ftj ftj. (256)
Эллиптические овальные калибры (двухрадиусные)
Эллиптические овальные калибры по своей форме ближе к кругу,
чем однорадиусные, что способствует получению круглой стали более
точных размеров. Применяют эллиптические овалы при прокатке
кругов крупных размеров на трубозаготовочных станах. Используются
овалы с соотношением вкп 1,2 * 1,8.
При построении эллиптического овала (рис. 37) откладывают на
59
осях размеры высоты и ширины калибра, определенные при расчете
калибровки. Радиус очертания овала по дну калибра можно опреде-
лить по формуле:
R, -Их(о,5* (26)
Центры дуг радиуса Я, расположены на вертикальной оси симметрии
калибра. Сопряжение дуг радиуса с участками выпуска калибра
выполняется радиусом R3, величина которого может быть рассчитана
ло формуве
44 ** (и)
или определяется конструктивно. Центр дуги радиуса располагают
на расстоянии от вертикальной оси х0 = ± [(Вк/2) - Яа] на горизонталь-
ной оси симметрии калибра или с некоторым смещением.
Зазор s по буртам калибра выбирают в пределах (0,15 - 0,2) Нк.
Ширина вреза ручья будет равна ВВр вк. /Г- (з/Нк)*, что при ука-
занной величине зазора составит (0,98 - 0,99) Br. Радиусы закруглений
гх = (0,15s" 0,4) Ик, Степень заполнения калибра рекомендуется \ «
= 0,95, при этом величина притупления составит
". - Ик71- (28)
Площадь эллиптических овалов определяют по формуле:
F,
(29)-
Плоские овальные калибры
Построение плоского овального калибра показано на рис. 38. Дно
калибра имеет плоский горизонтальный участок Вя = Вк - Нк. Боко-
вые стенки калибра очерчены дугами окружностей радиуса R = Нк/2,
центры которых расположены на горизонтальной оси симметрии ка-
либра и удалены от центра на расстояние ±Вд/2.
Применяются овалы с отношением ок = Вк/Нк = 1,8 *3,0. Зазор s
принимают в пределах (0,15 - 0,25) Як. Радиус закругления бурта
rt = (0,2 * 0,4) Нк. Ширина вреза ручья калибра определяется соот-
ношением
Ввр = - Нв
(30)
60
hr. 38. Построение плоского овального калибра
Гис. 39. Построение ребрового овального калибра
Рекомендуемая степень заполнения калибра 6j - 0,95.
Величина притупления овала зависит от степени его заполнения.
Расчет отношения mjHg можно произвести по формуле:
v -»)/. <31>
ик V “к U “ 01)
Площадь сечения овального профиля равна
F, - И’(а, - 0,21 S - 0,667 (1 - 6,) -2- «,). (32)
лк
Приняв 0, получим приближенную формулу:
F, - Я’(ок- 0,215). (32а)
Ребровые овальные калибры
Построение ребрового овального калибра показано на рис. 39.
По известным размерам Вк и Як, приняв зазор s = (0,1 + 0,2) И*,
выполняют построение скелета калибра. Профиль ручья очерчивается
дугами радиуса R, соединяющими вершину калибра с точками пере-
сечения линии зазора s с вертикальными размерными линиями шири-
ны калибра Вк.
Величину радиуса R определяют по формуне
R - -i— И„ (33)
На практике используют ребровые овальные калибры с отношением
размеров ак = BrJHv_ = 0,75 * 0,85. Закругление бурта выполняют ра-
диусом гх =(0,1 + 0,15)Вк.
61
Иногда выполняют закругление вершины калибра радиусом гх * rt.
Рекомендуется степень заполнения 8Х = 0,95 * 1,0.
От степени заполнения зависит величина притупления овала /nt.
Обычно mi/HK = 0,1 *0,4. Для расчета величины можно вос-
пользоваться формулой:
(эд
Площадь сечения овальной полосы можно определить по формуле:
F, - 0,15 В > [ f 1 + (2,07 - »,) (1,560, - 0,43) -
+ -!-)’]. (35)
При приближенных расчетах принимают
F, = 0,75 ЯКВК. (35 а)
Круглые калибры
При конструировании чистового круглого калибра необходимо
учитывать температурное расширение металла и допуски на откло-
нение размеров диаметров готового профиля. Для расчета диаметра
профиля в горячем состоянии можно использовать выражение
dr - (1,012+ 1,015) ( d, + j. (36)
где dx- диаметр профиля в холодном состоянии; Д1 и Л 2 - плюсовой
и минусовой допуски.
Если калибр выполнить в форме правильного круга диаметра dr,
то в таком калибре в результате изменений технологических условий
прокатки (колебаний температуры металла, выработки калибров,
изменения условий трения и др.) даже небольшой избыток металла
приведет к образованию на профиле заусенцев в виде "лампасов”
(’’усов”). Чтобы этого избежать, необходимо предусмотреть простор
на уширение. Рекомендуется делать круглый калибр с выпуском бо-
ковых сторон (”с развалом”).
Построение круглого калибра показано на рис. 40. На окружности
диаметра dT лучами, проведенными из центра калибра под углом
± ав к горизонтальной оси, определяются точки начала выпуска боко-
вых сторон калибра. Касательные к окружности в этих точках, прове-
денные до пересечения с горизонтальной осью калибра, дают направ-
62
Рис. 44. Построение круглого калибра
пение выпуска боковых сторон калиб-
ра и определяют ширину калибра Вк =
dr/cos ав.
Зазор между буртами калибра s вы-
бирают в пределах (0,08 +0,15) dT. Точ-
ки пересечении линий зазора s с ли-
ниями выпуска определяют ширину
вреза ручья Ввр =ВК - s/tg otB.
Закругления буртов выполняют радиусом = (0,08 + 0,10) dr.
Угол ав называют углом выпуска. На практике применяют калибры
со следующими выпусками;
Диметр чистового круга, мм..... 1D-30 30-45 45-55 55-105
Выпуск (teas).................. 0,5 0,4 0,3 ОД
Профиль будет иметь круглую форму, если ширина будет равна
dr, При этом степень заполнения калибра будет равна 6, « =
• cos aB.
При изменении выпуска tg aB ot 0,2 до 0,5 степень заполнения бу-
дет изменяться от 0,98 до 0,9.
Правильно выполненный круглый профиль будет иметь площадь
поперечного сечения = (л/4) d-?.
6. Калибры для прокатки фасонных профилей
Фасонные профиля имеют относительно сложную геометрическую
форму, для них характерно наличие выступающих элементов попереч-
ного сечения (фланцев), сочетание толстых и тонких элементов, примы-
кающих друг к другу под различными углами, иногда отсутствует
имметрия. Например, двутавровые балки, являющиеся фасонным
профилем общего назначения, имеют стенку (шейку) 1 и две полки 2,
каждая из которых состоит из двух фланцев 3 (рис. 41). Профиль трам-
вайного рельса (рис. 42) состоит из таких элементов, как шейка 1,
подошва 2 (имеет два фланца), головка 3 с желобком 4 для реборды
трамвайного колеса.
Для формирования сечения фасонного профиля, как правило, тре-
буется несколько (иногда 10—15) фасонных подготовительных калиб-
ров, постепенно изменяющих форму сечения от исходной квадратной
63
hr. 41. Элементы профиля двутавровой Балки:
1 — стенка (шейка); 2 — полка; 3 - фланцы
Ряс. 42. Элементы профиля трамвайного рельса:
J - шейка; 2 - подошва; 3 - головка; 4 - желобок
или прямоугольной заготовки до требуемой по ГОСТ или ТУ на гото-
вый профиль.
Обычно первые фасонные калибры являются разрезными (рис. 43).
В этих калибрах начинается формирование элементов профиля. В пер-
вых калибрах, когда металл имеет высокую температуру и более пла-
стичен, чем в последующих проходах, можно допустить большую
неравномерность обжатий по ширине калибра с тем, чтобы в последую-
щих калибрах деформация элементов профиля была более равномер-
ной. Это позволит получить прямолинейный выход полосы из валков,
снизить внутренние напряжения в готовом профиле. В разрезных ка-
либрах максимальная деформация производится выступами ручьев
верхнего и нижнего валков, называемыми гребнями калибра. Внед-
рение гребней в заготовку вызывает вынужденное уширение металла.
Применяют гребни с углом заострения 45—120*, узкие и широкие, с
острой, скругленной или плоской вершиной. В калибрах с острым
гребнем захват полосы валками хуже, чем с притупленным гребнем.
Иногда для улучшения захвата на гребнях делают насечки.
В разрезных калибрах открытого типа ручьи имеют меньшую глу-
бину вреза по сравнению с закрытыми калибрами, меньше ослабля-
ется сечение валка, но стенки калибра слабо ограничивают уширение.
В закрытых калибрах можно вести прокатку со значительным ограни-
чением уширения, что способствует получению высоких фланцев,
но закрытые калибры можно нарезать на валках достаточно большого
диаметра. После разрезных следуют фасонные подготовительные ка-
либры, в которых форма и размеры элементов постепенно приближа-
ются к заданным размерам готового профили.
Наиболее распространенными типами фасонных калибров являются
64
hr. 43. Типы риреаиых калибров, ияплыуеыых при прокатке:
s, в- двутавровых банок; е - шнеллеров; г - рельсов; д - унодых профилей
балочные, швеллерные, уголковые. Элементы этих калибров исполь-
зуются при конструировании калибров для прокатки других сложных
специальных профилей.
В закрытом балочном калибре (рис. 44, в) стенка 1 профиля образу-
ется гребнями верхнего и нижнего валков, закрытые фланцы 2 - вре-
зами в нижний валок, открытые фланцы 3 - боковыми поверхностя-
ми буртов нижнего и верхнего валков. Стенка подвергается прямому
обжатию валками, обжатие фланцев - боковое. Наличие бокового
обжатия является характерной особенностью прокатки в фасонных
калибрах. Боковое обжатие осуществляется наклонными боковыми
стенками калибре и боковой поверхностью гребней ручьев. На рис. 44, б
Ряь 44. Э ладам мкрыпго белочного калибра (а) и ехаи бакового обжатня открытых
фланцев (б):
1 - стета; 2- мкрьные фланцы; 3 - аткутп фланцы
^-133
65
hffi. 45. Вида калибров балочного типа
показано сечение калибра плоскостью, проведенной параллельно оси
валка через открытые фланцы. При наличии наклона боковой стенки
калибра под углом фс и наклона боковой поверхности бурта Фе в се-
чении фланца получается щель, образованная двумя гиперболами с
вершинами в точках т и n (т' и п'). Фланец профиля, задаваемого
в калибр, имеющий начальную толщину f0, продвигаясь через суживаю-
щуюся щель, утоняется до толщины = шл. При этом боковое обжатие
фланца в этом сечении будет равно Д? = t0 - tr Если стенки и бурты
калибра выполнить вертикальными (без выпуска), то в сечении полу-
чается щель постоянной ширины и боковое обжатие фланца в таком
калибре становится невозможным. Чем больше углы выпуска (₽с и
Ф5, тем больше боковое обжатие можно осуществить в таком калибре.
На рис. 45 показаны типы балочных калибров. Закрытый балочный
калибр с прямыми стенкой и фланцами (рис. 45,о) применяют сравни-
тельно редко из-за ограничения боковых обжатий фланцев при малых
углах выпуска. Изгиб стенки (рис. 45,6), а также изгиб фланцев, поз-
воляет значительно увеличить углы выпуска стенок калибра и уве-
личить боковое обжатие в открытых фланцах. С этой же целью приме-
няют наклонное расположение в валках диагонального балочного
калибра (рис. 45, в ), кроме того, можно обжимать профиль по ширине,
но при этом в калибра возникают большие распирающие усилия,
действующие в горизонтальном направлении в противоположные
стороны на верхний и на нижний валок. Применяют также открытые
балочные калибры (рис. 45,г), в основном при прокатке балок круп-
ных размеров, а также полузакрытые (контрольные) калибры
(рис. 45, д), предназначенные для вертикального обжатия фланцев и
получения точных размеров высоты фланцев. Принципиальное отли-
66
Рж. 46. Вида калибров швеллерного типа
чие от всех предыдущих имеет универсальный балочный калибр
(рис. 45,е), в котором боковое обжатие осуществляют вертикальные
валки. При этом необходимость выполнения уклонов на поверхностях
фланцев исключается и становится возможной прокатка профилей с
прямыми параллельными полками.
Виды калибров швеллерного типа представлены на рис. 46. Закрытые
калибры с прямой стенкой (рис. 46, о) и с изогнутой стенкой (рис. 46,5)
по конструкции аналогичны балочным калибрам типа а и б, но у этих
калибров отсутствуют закрытые фланцы. Это позволяет использовать
большие углы наклона открытых фланцев и в калибрах развернутого
типа (рис. 46, е) получить их утонение, в основном за счет прямого
вертикального обжатия. В контрольных калибрах закрытого и полу-
Рж. 47. Вида калибров для прокмки угловых профилей
67
Рж.«. KtnaSp для щюкики автообсда
закрытого типа (рис. 46, г, д) получают точные размеры высоты флан-
цев. Универсальный швеллерный калибр (рис. 46, е) имеет те же осо-
бенности, что и балочный.
На рис. 47 показаны виды калибров, используемых при прокатке
угловых профилей. Так как угловой профиль не имеет стенки, то ка-
либры состоят только из двух фланцев (полок), в месте соединения
которых должна быть острая вершина. Применяют калибры с ограниче-
нием и без ограничения уширения с прямыми полками (рис. 47, а, б),
с изогнутыми полками (рис. 47, б, г), с изогнутыми и прямыми участ-
ками полки (рис. 47, е), ребровые (контрольные) - (рис. 47, д), пласто-
вые (рис. 47, ж, з) - с горизонтальными прямыми полками.
Фасонные калибры для прокатки специальных профилей могут
иметь значительно более сложную конфигурацию по сравнению с рас-
смотренными выше видами калибров. Однако в их конструкции будут
использоваться те же элементы: открытые и закрытые фланцы, прямые
и изогнутые участки стенки и полок, гребни, выступы, выемки ручьев.
Например, конструкция калибра для прокатки сложного специального
фасонного профиля автообода (рис. 48) включает элементы калибров
швеллерного и уголкового типов.
7. Расположение калибров на валках
Если использовать для прокатки валки одинакового диаметра и
прокатку вести в калибрах простой формы, то при одинаковой глубине
вреза ручьи в верхний и нижний валок условия прокатки будут пол-
ностью одинаковы на верхнем и нижнем валках, полоса из валков
будет выходить прямолинейно. В этом случае ось симметрии калибра
будет совпадать со средней линией валков (СЛВ) (рис. 49).
В фасонных калибрах горизонтальная ось симметрии может отсут-
ствовать и положение калибра относительно СЛВ становится неопре-
деленным. Вместо оси симметрии горизонтальной линией разделим
калибр на две примерно равные по площади части и при расположении
калибра на валках совместим эту линию с СЛВ. Если при этом во
время прокатки выход полосы из валков будет прямолинейным за
счет одинакового воздействия на нее со стороны верхнего и нижнего
валков, такую горизонтальную линию в калибра будем называть
68
нейтральной линией калибра (НЛК). Таким образом, нейтральная ли-
ния делит калибр на две части так, что при расположении калибра
на валках совмещение этой линии со средней линией валков обеспе-
чивает прямолинейный выход полосы из валков. Если расположить
НЛК выше или ниже СЛВ, симметрия процесса прокатки нарушается.
Полоса при выходе из валков будет отклоняться вверх или вниз.
На рис. 50 показана схема расположения калибра выше СЛВ и направ-
ление полосы при выходе из валков. При разности диаметров нижнего
и верхнего валков, измеренных до НЛК, равной ш, величина смеще-
ния НЛК относительно СЛВ будет равна т/4. При DB > DB разность
диаметров DB - Dg = m (мм), называют нижним давлением. Если Ов >
> Dg разность диаметров - DE = m (мм), будет называться верхним
давлением. Ота терминология связана с направлением изгиба полосы
при выходе из валков: при нижнем давлении полоса изгибается вверх,
при верхнем давлении - вниз. Изгиб полосы происходит из-за разли-
чия скорости движения точек на нижней и на верхней поверхностих
профиля. Если диаме-ур нижнего валка больше диаметра верхнего,
то нижний валок сообщает прокатываемой полосе большую скорость,
чем верхний валок, точки на нижней поверхности профиля будут I «-
гаться быстрее, чем на верхней поверхности, а полоса будет изгиба’ ася
вверх.
Нейтральную линию калибра, расположенного на валках, называют
линией прокатки (ЛП). Наряду с этим линией прокатки называют
также продольную ось, проходящую перпендикулярно плоскости, в
которой расположены оси валков, через точку пересечения НЛК с
вертикальной осью симметрии калибра. При последовательном распо-
ложении клетей прокатного стана клети устанавливают таким обра-
зом, что линии прокатки во всех клетях составляют одну горизонталь-
ную прямую.
Отклонение направления движения полосы от линии прокатки зат-
69
Рж. 58. Прокат полосы в калибре, расположенном выше средней пинии валков (СИВ);
линия прокатки (ЛИ)
рудняет передачу раската в следующий калибр, может привести к
застреванию (’’бурению”) полосы на рольганге или в проводковой ар-
матуре рабочей клети. Поэтому обычно стремятся совместить ВПК с
СЛВ и вести прокатку, обеспечив условия прямолинейного выхода
полосы из валков. Однако на практике под воздействием случайных
причин полоса может изгибаться и вверх и вниз, что вызывает необхо-
димость установки выводных проводок на нижнем и верхнем валках.
При прокатке сортовой стали за счет расположения калибра с верхним
давлением можно обеспечить устойчивое отклонение полосы вниз
после выхода из валков, что исключает необходимость установки
верхних выводных проводок, установка которых значительно слож-
нее, чем нижних.
При прокатке на блюминге применяют нижнее давление. В этом
случае передний конец раската при выходе из валков отклоняется
вверх, уменьшаются ударные нагрузки на первые ролики рольганга.
По мере прокатки раскат удлиняется и под действием силы тяжести
опускается на рольганг, возвращаясь на линию прокатки.
Наряду с отмеченными положительными эффектами прокатка в
валках разного диаметра имеет ряд недостатков:
увеличивается износ калибра из-за увеличения скольжения между
валками и полосой, увеличивается износ проводковой арматуры из-за
дополнительных нагрузок при выравнивании изогнутой полосы;
нагрузка между валками распределяется неравномерно; валок
большего диаметра становится ведущим и воспринимает 60- 80% об-
щей нагрузки;
прокатка сопровождается ударами в линии стана из-за перераспре-
деления нагрузки между валками во время прокатки и после выхода
полосы из валков.
Поэтому не следует допускать значительной разницы в диаметрах
валков. Практически величина нижнего давления на блюмингах сое-
70
тавляет 10 мм, верхнее давление на сортовых станах применяют в
пределах 3-5 мм. Совершенствование конструкции привалковой ар-
матуры позволяет исключить необходимость использования верхнего
давления при сортовой прокатке.
8. Методы определения нейтральной линии калибра
При определении положения НИК используются различные методы,
основанные на приближенной оценке условий симметрии процесса
деформации полосы со стороны верхнего и нижнего валков. В практи-
ке разработок заводских калибровок используют следующие методы:
1. В качестве НЛК принимают горизонтальную линию, которая делит
площадь калибра на две равные части. Практические способы построе-
ния такой линии предложены И.И. Кучко, Д.И. Старченко.
2. В качестве НЛК принимают горизонтальную линию, проходящую
через центр тяжести площади калибра. Положение центра тяжести се-
чения сложного профиля можно определить экспериментально, исполь-
зуя шабнои профиля, или аналитически, составив уравнение статиче-
ских моментов сечения профиля относительно произвольной горизон-
тальной оси. Например, для профиля, показанного на рис. 51, получим:
zC- (2Fi^ + F2z2)/(2Fi + F2),
где zc~ координата центра тяжести профили; Fn Fa, zlt z2 - площади
сечения элементов профиля и координаты их центров тяжести.
3. В качестве НЛК принимают горизонтальную пинию, разделяющую
калибр таким образом, что при совмещении ее с СЛВ средние значе-
ния радиусов точек калибра на верхнем и на нижнем валках будут
одинаковы.
На рис. 52 показано расположение калибра на валках в произволь-
ном положении относительно СЛВ. В этом положении величина сред-
него радиуса для т точек калибра на верхнем валке будет равна
^ср.в ~
Рве. 51. Определение НЛК по положению центре тяжести сечения профиля
71
Рж. И. Схва спрадетаяия НЖ по р«ениву
средвжх рвдмуеов верхнего и шшяа*и венков
m
на нижнем валка - ЯфД = S RBi/m.
В общем случае получим R^ * R^.
Разность средних радиусов будет равна K^j - Я^я ’ ЛК.
При смещении положения профиля относительно СЛВ на величину
z = AR/2 будет обеспечено равенство средних радиусов для верхнего
и нижнего валков и совпадение НИК и СЛВ.
М.С. Мутьев предложил более совершенный способ определения
средних радиусов точек калибра на верхнем и на нижнем валках,
учитывающий протяженность различных участков контура калибра,
имеющих разный наклон:
Керл = “ Кер-н = й ’
X ДЦ 2 Д1(
где тип- число участков с постоянным наклоном поверхности,
на которые разделен контур калибра верхнего и нижнего валков;
R/ и Д /[ - средний радиус и протяженность каждого участка.
Рассмотрим применение этого способа на примере определения
НЛК в швеллерном калибра (рис. S3). Первоначально располагаем ка-
либр на валках в произвольном положении относительно СЛВ. На
контуре калибра, образованном ручьем верхнего валка, выделим
участки ab = а’Ь', Ьс b'c’, cd = c'd' и dd"; на контуре ручья нижнего
валка - участки е/ = e'f, fg = fg' и gg'. Определяем средние радиусы
верхнего и нижнего валков:
Керл
2(s6 + t*"«f) + dd‘
Керл “
+ (fy+tyft + Rg№'
H.ef+fg)+U'
72
Рве. Я. Схема определения НЖ по равенству
р одних радиусов валков е учетом протяженности
участков контура калибра
Разность радиусов ДЙ“Й„Д-Й„А.
Для совмещения НЛК и СЛВ необходимо смещение калибра вверх
(при > Ясрл) или вниз (при Й^ > й^л) на величину z Дй/2.
Ни один из описанных методов определения НЖ не является впол-
не совершенным, так как не связывает положение НЖ с процессами
пластической деформация в калибра, а ориентируется только на кон-
фигурацию калибра. Однако во многих случаях для практических
калибровок сортовых профилей точность определения НЖ по описан-
ным методам оказывается достаточной или требуется небольшая кор-
ректировка.
Контрольные вопросы
1. Что называется калибром, калибровкой профиля, калибровка! прокатных валков!
Сформулируйте важнейшие задачи калибровки прокатных валков.
2. Дайте классификацию калибров.
3. Объясните назначение выпуска, закруглений, зазоров в калебрах.
4. Что представляет собой систем! ящичных калибров, в чем ее достояяетва и надве-
тзтки!
5. Дайте характеристику систем вытяжных калибров ромб - квадрат и ромб-ромб.
6. Назовите последовательность кантовок в системе калибров овал - квадрат. В чем
состоит основное достоинство стой системы вытяжных калибров!
7. Дайте характеристику системы вытяжных калибров шестиугольник - квадрат в
сравнении с системой овал - квадрат.
8. В чем состоит достоинство систем калибров овал-ребровый овал я овал-круг!
11 а каких ставах находят применение зги системы калибров?
9. Что представляет собой величина вк? В каких пределах изменяется величина ак в
ромбических калибрах! Напишите формулу дм приближенного расчета площади сечения
ромбической полок, квадратной полосы е закруглениями углов.
10. Нарисуйте скелет ящичного калибра. Что понимают под степам заполнения ка-
либра! Напишите формулу для прибляяегшото расчета площади сечения раската, получае-
мого из ящичного калибра.
И. Чему равна величина угла наклона боковых стенок шестиугольного калибра!
12. В чем состоит отличие формы различных видов овальных калибров!
73
13. Назовите наиболее распространенные типы фасонных калибров.
14. Объясните особенности построения чистового круглого калибра.
15. Объясните, каким образом осуществляется Боковое обжатие открытых фланцев?
16. Что понимают под нейтральной линией калибра (НЛК)? Что называют линией про-
катки’
17, Что понимают под нижним или верхним давлением, как ведет себя полоса при вы-
ходе из валков в этих случаях?
18. Перечислите методы определения НЛК.
Глава П. определение параметров прокатки
В КАЛИБРАХ
1. Характеристика условий деформация в калибрах
При прокатке сортовых профилей форма поперечного сечения за-
готовки, обычно квадратная или прямоугольная, постепенно изменя-
ется и приобретает форму готового профиля, которая может иметь
весьма сложную конфигурацию. Изменение формы поперечного сече-
ния достигается путем веравномерного обжатия различных элементов
сечения. Так, например, для получения овального профиля из заго-
товки квадратного сечения обжатия по краям заготовки должны быть
больше, чем в средней части, что достигается благодари овальной фор-
ме калибра. Для получения тонких элементов профиля необходимо
применение более высоких обжатий по сравнению с другими элемен-
тами. Возможны такие случаи деформации, когда некоторые элементы
профиля не получают обжатия валками.
Наиболее часто неравномерность деформации обусловливается гео-
метрическими факторами; формой заготовки, формой калибра, раз-
личными диаметрами валков. На рис. 54 приведены диаграммы, кото-
рма показывают характер неравномерности деформации по ширине
профиля при прокатке в простых калибрах. Для случаев прокатки
а и б характерно наличие максимума обжатий посредине ширины ка-
либра. В случаях в и г максимальные обжатия также имеют место
посредине ширины калибра, но деформация более близка к равно-
мерной. В случаях дне посредине калибра располагается зона мини-
мальных деформаций.
Неоднородность химического состава и структуры, неравномерность
нагрева металла, влияние внешнего трения и другие физические фак-
торы могут явиться причиной неравномерности деформации по вы-
соте сечения полосы. Внешне такая неравномерность проявляется в
том, что более обжимаемые слои металла получают большее ушире-
ние и боковая поверхность полосы приобретает бочкообразную форму
(иногда форму двойной бочки).
74
hr. 54. Диагрвмма распределения обжатий при прокатке в простых калибрах
Важной особенностью деформации в калибрах является неодновре-
менность начала обжатия всех элементов профиля при входе полосы
в калибр. Более обжимные элементы профиля раньше входят в кон-
такт с валками и получают некоторое обжатие до момента начала де-
формации других элементов, причем необжимаемые зоны на этом
участке очага деформация препятствуют вытяжке металла и способст-
вуют развитию уширения. На рис. 55, а показана последовательность
обжатий в овальном калибре по мере продвижения полосы через очаг
деформации. В положении 7 начинается обжатие по краям заготовки.
В положении Л имеет место неравномерность обжатия при расположе-
нии слабообжимаемой зоны посредине ширины калибра, но в дальней-
шем (77/, IV) деформация становится близкой к равномерной по всей
ширине калибра. Только на небольшом участке очага деформации за
плоскостью входа имеется необжимаемая зона сечения полосы. Затем
обжимается все сечение. Схема прокатки квадратной заготовки в
вальном калибре благоприятна для вытяжки металла. Вытяжке спо-
собствует также и наклон стенок овального калибра, препятствующий
течению металла в направлении уширения. В квадратом калиб-
ре (рис. 55, 6) условия деформация значительно отличаются. Максималь-
ное обжатие имеет место посредине ширины калибра на узком участке.
Но обе стороны располагаются необжимаемые части профиля, препятст-
вующие вытяжке металла. Создаются условия, благоприятные для раз-
лития уширения. Только в конце очага деформации обжатие идет по
леей ширине калибра. Неравномерность деформация практически
имеет место во всех калибрах, в особенности во фланцевых. Напри-
мер, при прокатке в балочном калибре первыми в контакт с валками
и ступают фланцы профиля и основную часть обжатия получают до
начала обжатия стенки. Затем обжимается стенка профиля, а обжатие
фланцев незначительно.
Деформация но фланцевых калибрах имеет еще одну особенность,
которая заключается в значительном различии скоростных условий
75
Рж. 53. Стадии прокжжж квадряясЛ заготовки в сильном калибра (А); овадьяой итогов-
ки в квадратном калибра (БУ
I — тшлажеят заготовки и валков в момент захвата; U, Ш - промежуточные стадии об-
жатия полосы в очаге деформации; IV — положение заготовки и валков в плоскости выхо-
да полосы и валков
прокатки разных элементов профиля. Рассмотрим скоростные условия
прокатки для различных элементов профиля в закрытом балочном ка-
либре. На рис. 56 представлена схема, которой известный русский
металлург В.Е. Грум-Гржимайло иллюстрировал скоростные условия
прокатки в балочном калибра. Балка выходит из калибра со скоростью
v„ равной скорости валков, определенной по среднему диаметру:
*1 = пОсрПв/60.
При этом скорость всех точек нижнего (закрытого) ручьи калибра
будет меньше скорости v1( а в точке с минимальным диаметром валка
составит только 87 % от скорости vt. В этих условиях нижний фланец
балки как бы протягивается через закрытый ручей под воздействием
тянущего усилия со стороны других элементов профиля. Под влиянием
растягивающих напряжений происходит уменьшение высоты (утяжка)
закрытых фланцев.
В открытом ручье фланец деформируется между поверхностями,
движущимися с различными скоростями. На внутренней поверхности
скорость валка меньше скорости движения фланца vu снаружи ско-
рость гребня нижнего валка превышает скорость фланца. Интенсивные
деформация сдвига способствуют утонению открытых фланцев, фланцы
вытягиваются и получают приращение высоты. Таким образом, в этом
случае неравномерность деформация вызвана различием скоростных
условий прокатки элементов профиля.
Неравномерность деформация создает сложное напряженное состоя-
76
hr. 5LCxcpomn* уятавжяпрсклгкхв б*дочппм калибра
Fie. 51. Стал ыиашдейивия алавяки профиля при ввравипмврной дефсриихня
ние в прокатываемом профиле. Сипьиообжимаемые элементы 1 при
условии самостоятельной прокатки могли бы получить ”естеетвепную”
вытяжку Х1е, которая больше, чем ’’естественная” вытяжка Х2е слабо-
обжимаемых элементов 2 (рис. 57). Но все элементы прокатанного
профиля фактически получают одинаковую вытяжку Х^, равную от-
ношению длины готового профиля к длине заготовки. Выравнивание
вытяжек элементов происходит в результате их взаимной связи и
действия внешних концов полосы на очаг деформации. При этом эле-
мент 1 будет подвергаться действию продольных сжимающих напря-
жений о и препятствующих течению металла в продольном направле-
нии. Это приведет к уменьшению вытяжки элемента 1 за счет вынуж-
денного уширения. В то же время элементы 2 будут испытывать дейст-
ние продольных растягивающих напряжений о3, увеличивающих
вытяжку этих элементов за счет вынужденной утяжки площади по-
перечного сечения. Полученная величина средней вытяжки Хд, будет
являться результатом установившегося равновесия при силовом и
кинематическом взаимодействии раэличнообжнмаемых элементов
профиля.
Иногда действие сжимающих напряжений Oj может привести к по-
тере продольной устойчивости сильнообжимаемого элемента при вы-
ходе из калибра, что проявляется в образовании волнообразных ис-
кривлений (гофров). При прокатке малопластичных металлов дейст-
вие растягивающих напряжений оа может вызвать образование раз-
рывов слабообжимаемых элементов.
77
2. Показатели деформации при прокатке в калибрах
В условиях прокатки в калибрах обычные показатели деформации
становятся переменными по ширине калибра, отличаются для различ-
ных элементов профиля, Прежде всего, отличается величина обсолит-
ного и относительного обжатия отдельных элементов профиля в раз-
личных сечениях по ширине калибра. Для расчета уширения и средней
вытяжки возникает необходимость в определении среднего абсолют-
ного и относительного обжатия в калибре. На практике используется
понятие о приведенной прямоугольной полосе, которое позволяет
заменить сложную схему веравномерной деформация в калибре прос-
той схемой прокатки полосы на гладкой бочке с равномерным обжа-
тием. Под приведенной полосой понимают профиль прямоугольного
поперечного сечения, равновеликий по площади профилю заготовки
(калибра), ширина которого равна ширине заготовки (калибра). Если
в калибр площадью Fu шириной bt (с учетом степени заполнения)
будет задана заготовка площадью Fo, шириной Ьо (рис. 58, а), то высо-
та приведенной полосы до прокатки будет равна Лоср F0/b0, после
прокатки - hicpFi/bi (рис. 58, б). Среднее абсолютное обжатие будет
равно
ДЬср - hiep. (37)
Несколько более сложным, но более обоснованным с позиций тео-
рии подобия является метод соответственной полосы. А.Ф. Головин
(1933 г.) предложил ввести в соответствие профилю любой формы
равновеликий ему по площади прямоугольник, у которого отношение
сторон будет такое же, как и отношение сходственных осей профиля.
Например, полоса, соответственная профилю квадратной заготовки,
задаваемой в калибр (рис. 58, в), будет иметь такую же площадь Fo и
отношение сторон Ьос/Ьос = b0/h0 » 1; полоса, соответственная прока-
танному ромбическому профилю, будет иметь площадь Fi при отноше-
Рис. 58. Схема деформации квадратной ааготовки в ромбическом хАпибра (s) и определе-
ние размеров приведенных полос (б), соответственной полосы (в)
78
нии сторон bie/hic = Высоту и ширину соответственной полосы
можно рассчитать по формулам:
- у/гМ>М; Л„ - 0\/(ЬЛ); (38«,5)
Ьк - h„b„/h„; Ь„ - Л.Д/Л,. (39а,6)
Среднее абсолютное обжатие будет равно
ЛЛе - Лое - Л1с. (40)
Метод соответственной полосы получил дальнейшее развитие в ра-
ботах В.С. Смирнова, К.Н. Богоявленского и Н.Н. Павлова.
Используя методы приведенной или соответственной полосы, можно
определить:
среднее относительное обжа- в^, = (или ес = Aftj/hoc),% (41)
тис
средний коэффициент высот- Пер “Лоер/Л1ср (или Пс Лое/й1е); (42)
ной деформации
средний коэффициент уши- Рср'МЬо (или Рс = Ь1с/Ьое); (43)
рения
коэффициент вытяжки X = Fo /Ft >
Очевидно, что методы приведенной и соответственной полосы яв-
ляются приближенными. Более точными показателями деформации
при прокатке в калибрах являются показатели, определяемые на ос-
нове учета смененных объемов и смещенных площадей. На рис. 59
показана схема смешения металла в одном из простых калибров.
Объемы металла, смещенные по высоте и ширине, приближенно можно
определить по выражениям: Vh ^Fhl0 и VB Разделив эти выра-
жения на объем полосы. V=FBIO = F1ip получим выражения для удель-
ных смещеннмх объемов:
V,/V в F,/Fo и VtIV a
При равномерной деформации полос прямоугольного сечения удель-
ный смещенный объем численно равен логарифмической деформации
по соответствующему направлению:
ha Ь,
Vh/V - In — - Inn и VtJV - In — = Inp.
Это дает основание при прокатке в калибрах рассчитывать коэффициен-
ты деформации по следующим выражениям:
ШП ср - F„/Fo; (45)
79
Рж. Я. Смешанные шшпили прв прокатке кыдрпв в
овальном калибре:
F/f - площадь, смещенвая по вместе; - площадь,
емещепта в направлении уширеяяя
ln₽cp*Fb/F1. (46)
Критерием правильности расчета коэффициентов деформация явля-
ется точное соблюдение условия постоянства объема при деформации:
In К ср » In^cp - Inpjp. (47)
Среднее относительное обжатие приближенно может быть опреде-
лено как
еср = Fb^o’%- «8)
На практике для расчета среднего относительного обжатия поль-
зуются также выражением
«ср * (Го “ W4 («а)
Наряду со средними показателями деформация в калибрах исполь-
зуются частные показатели деформации для отдельных элементов
профиля. Если какой-либо элемент профиля формируется из опре-
деленного элемента заготовки, то соотношение площадей этих элемен-
тов позволяет определить частный коэффициент вытяжки для рассмат-
риваемого элемента. Например, при прокатке профиля двутавровой
балки выделяют частные коэффициенты вытяжки по стенке Хс, по
открытым фланцам Хф^, по закрытым фланцам Хф.,. Отношение тол-
щины элемента до и после деформация называют коэффициентом вы-
сотной деформация данного элемента (л).
Если прокатка профиля производится за несколько проходов, то
средние коэффициенты вытяжки в каждом проходе называют частными
вытяжками по проходам. Так, если профиль прокатывается за п про-
ходов из заготовки площадью F3 на конечное сечение площадью F^
то общий коэффициент вытяжки будет равен
’ Vn- <«)
При этом будет иметь место п частных коэффициентов вытяжки:
80
в первом проходе Л t Fj/FjJ
во втором проходе Ха = Fx/Fa;
в л-м проходе ^n=Fn-i^n'
Очевидно, что Ха • ... • кя = FjFn, т.е. общий коэффициент
вытяжки равен произведению частных коэффициентов вытяжки по
проходам*.
' Общ ~ ' ^Я* (50)
Для ориентировочного расчета необходимого количества проходов
с целью получения заданной величины общей вытяжки можно принять
частные коэффициенты вытяжки по проходам одинаковыми1. = Ха =>
" Ч - S' Тотда ""лучим Xjta - откуда
л - 1» 'J-'-'l (51>
Если известна общая вытяжка и задано количество проходов, можно
рассчитать среднюю вытяжку по формуле
V, V ЧЗ. (52)
ср ’ ООЩ ' '
Аналогично понятиям общей, средней и частных вытяжек по про-
ходам в практике калибровки широко используются понятия общего
и среднего коэффициентов высотной деформации, частных коэффициен-
тов высотной деформация по Проходам. Общий коэффициент высот-
ной деформации равен отношению толщины заготовки к толщине го-
тового профиля:
П.8Ш VV <в>
Общий коэффициент высотной деформация равен произведению част-
ных коэффициентов высотной деформации по проходам;
Плш-ч.-п,-(54)
Л, hR.i
где Й! = —; Па - —; ... йя = —.
Л Л»
Средний коэффициент высотной деформация и число проходов опре-
деляются по формулам, аналогичным (51) и (52):
п = Ignota/lgHcp*
(56)
81
1»
3. Условия захвата в калибрах
При прокатке в ящичных калибрах на условия захвата оказывает
влияние степень защемления полосы в калибре. Если b0/BR < 1, то бо-
ковые стенки калибра не контактируют с полосой в момент захвата,
условия начального захвата ве отличаются от захвата полосы гладки-
ми валками, т.е.
а, < Р, (57)
(а, - угол захвата по дну калибра; 3, - угол трения).
При Ь0/Вд > 1 полоса вначале вступает в контакт со стенками ка-
либра (в точках А-А, рис. 60, в). В этих условиях захват произойдет
при соотношении
tg кд sin Ф « tgP„ (58)
где ад - угол захвата при встрече заготовки с валками в точке 4.
Из приведенного соотношения видно, что при контакте полосы со стен-
ками калибра, наклоненными под углом <₽ к вертикали, величина
допускаемого угла захвата значительно возрастает, особенно при ма-
лых углах Ф, по сравнению с условиями захвата гладкими валками
(при ф = 90*). Следует учесть, что величина угла захвата а д будет боль-
ше, чем угол захвата по дну калибра а* Приближенно соотношение
угпов захвата определяется следующим выражением;
«Л» /|ф <5’>
Для практически применяемых соотношений при прокатке в ящичных
калибрах величина 1вад«з1пф будет меньше tgas, что означает улуч-
шение условий захвата при встрече полосы с наклоненными стенками
калибра. После захвата боковыми стенками полоса продвигается в
валки и передняя грань полосы достигает дна калибра. Дальнейший
захват будет обеспечен при аа < ₽а и становится возможным даже
при а3 > ₽s, если действие втягивающих сил со стороны боковых сте-
нок калибра будет достаточным для уравновешивания выталкивающих
сил.
При прокатке квадратной полосы в овальном калибре имеет место
аналогичная картина процесса захвата полосы вначале наклонными
стенками калибра (рис. 60, б), а затем происходит захват в вершине
калибра. Угол ф равен: Ф * arccosC/2R. Угол захвата в точках Л-Л
приближенно определяется по выражению
“Л • меси (1----
82
(60)
Рж. 60. Схема SWBSTB в ящичном (а), овальном (б), круглом (в), квадратном (г) и разрез-
ном (д) калибрах
где ДЛГОах = С - Ик + 2Я(1 - sinф); Da = D - С + ДЛГОИ-
В вытяжных калибрах систем ромб-квадрат, ромб-ромб, овап-
ребровый овал, овал-круг при входе полосы в валки первоначальный
контакт происходит в точке 4 при вершине калибра (рис. 60, в, г).
В этом месте калибра угол захвата будет максимальным, так как здесь
происходит максимальное абсолютное обжатие при минимальном диа-
метре валков. Если обеспечиваются условия захвата при вершине
калибра, то будет обеспечен и последующий захват по мере входа по-
лосы в валки, так как угол захвата в других точках калибра меньше,
чем при вершине. Условием захвата является выполнение соотноше-
ния (57).
В разрезном калибре (рис. 60, <Э) захват полосы осуществляется
। ребнем валка с плоской или закругленной вершиной. Здесь абсолют-
ное обжатие максимально. Влияние угла заострения гребня на захват
незначительно, условием захвата является выполнение соотноше-
ния (57). В сложных фасонных калибрах имеет место неодновремен-
пость захвата валками различных элементов профиля. В балочных и
швеллерных калибрах при ровном торце заготовки вначале захваты-
ваются фланцы, а затем обжимается стенка. После образования ’’язы-
ка” на раскате захват начинается с обжатия стенки. Малые углы накло-
на поверхностей калибра к вертикали улучшают условия захвата флан-
цев.
Во всех случаях прокатки полоса поступает в калибр с некоторой
начальной скоростью и при ударе о валки происходит смятие полосы
83
в точках первоначального контакта. При этом передний конец полосы
глубже проникает в калибр, первоначальный угол захвата несколько
уменьшается. Эти факторы, а также направленные по ходу прокатки
инерционные силы в полосе способствуют улучшению захвата.
Из приведенных условий захвата (57), (58) следует, что величина
максимально допустимого угла захвата в калибра “smax зависит от
коэффициента трения на контактной поверхности в условиях захвата
/а *Е₽з» на который основное влияние оказывают материал и состоя-
ние поверхности валков и полосы, скорость валков, температура по-
лосы. На рис. 61 приведена зависимость asni4a от температуры и ско-
рости прокатки углеродистой стали на стальных и чугунных валках
по данным А.П. Чекмарева. Эта зависимость описана М.С. Мутьевым
и П.Л. Клименко с помощью уравнений, приведенных в табл. 2.
В.Б. Бахтинов приводит данные об опытных значениях угла захва-
та для систем вытяжных калибров, представленные на рис. 62.
В.К. Смирнов и др. провели широкое статистическое исследование
применяемых угпов захвата по фактическим данным заводских ка-
либровок непрерывных, последовательных и линейных станов и пред-
ложили формулы для расчета допустимых углов захвата, имеющие
следующий вид:
[ «fc (61)
в в1+а4-10-ата-в,ц + я4М+в5-10-П-а(во-ч7(М^-в»(Л/Ик) ’
<х,ераЗ
Рж. 61. Зависимость утиа захвата от температуры и скорости прокатки
Ряс. И. Опытные заметил утла захвата в зависимости от высоты калибра при прокатке по
схемам:
1 - ромб-квадрат; 2 - ромб-ромб; 3 - квадрат—ромб; 4 - квадрат-овал (шестиугольник,
ящичный калибр); 5 - овал (шестиугольник) - квадрат; 6 - ребровый овал-овал; 7 -
овап-ребрсвый овал
84
Таблиц! 2. Рагаяныв jу—и — опрадмии да»;им» а углакпи
Скорост* прокггки т.м/е aimax> ГМД
стальяыв валки чугунные валки
0-2 48 — 0,01651 — 1,5» 42 -0,01651 -1,2т
2-4 53Д-0,01851—3» 43 — 0,01S f— 2,4»
4—6 47Д-0,01751-1,75» 40,2 — 0,01551—1,6»
6-8 48 - 0,01551-т 33-0,012г-т
Более 8 35,5-0,0151—0,4» 28,2-0,0121-0,5»
где v - скорость прокатки, м/с; Ц - коэффициент, учитывающий сос-
тояние поверхности валков (для чугунных валков ц 1,0; для сталь-
ных валков без насечки - 1,25, с насечкой - 1,45); М - коэффициент,
учитывающий марку прокатываемой стали (для низко- и среднеугле-
родистых сталей М - 1,0; для легированных и высокоуглеродистых
[инструментальных) сталей - 1,4); I ~ температура прокатываемой
полосы, *С; 60 - степень заполнения предыдущего по ходу прокатки
калибра; &С/ВД - степень защемления полосы в калибра (ящичном
или шестиугольном); R - радиус очертания овального калибра; ка -
коэффициент, характеризующий отношение значения максимально
допустимого угла захвата к среднестатистическому значению приме-
няемых углов захвата.
Максимально допустимому угиу захвата ®9ВИ в калибра соответст-
вует максимально возможное абсолютное обжатие Айщ», величина
которого будет равна
- л,(1 - (62)
где Лд - диаметр валка в той точке калибра, где происходит началь-
ный захват полосы.
Значения коэффициентов ка, а1...ав при различных схемах про-
катки на непрерывных станах приведены в табл. 3.
4. Устойчивость полосы в калибре
Положение полосы в калибра называют устойчивым, если оси сим-
метрии заготовки, совпадающие в момент задачи полосы в валки с
осями калибра, не изменяют свое положение после захвата полосы
валками и в процесса прокатки. Например, на рис. 63 показано поло-
жение прямоугольной (о), квадратной (б) и овальной (в) заготовок
на гладкой бочке, в овальном и ребровом калибрах до (I) и после (2)
потери устойчивости. Потеря устойчивости приводит к изменению за-
полнения калибров.
85
g »• зВззгз ззззз
S г ° ° ® Ч, Ч е> ° ” Ч
В ь - е" о но 3 о' Е> е" е 3
| .- 5з8згЗ ЗзЗзЗ
I .- 5S-5955 5ВЗэ!-
| j ЗЗй53В з!э’-1
| ." ЗЗЙ51 55555
g ?53BsE- зШ5
| 525S-S-S |ЗЪЗ
Рис. S3. Положение заготовки на гладкой бочке (е), в овальном (д) и ребровом овальном (в)
калибрах до (2) и после (2) потери устойчивости
Устойчивость полосы в калибре во многом зависит от точного
направления полосы и удержания ее проводковой арматурой, но важ-
ное значение имеют также условия контакта при входе полосы в вал-
ки, расположение площадок первоначального контакта и геометри-
ческие соотношения размеров калибра и полосы. При рассмотрении
геометрических соотношений в калибрах отмечался один из важных
показателей для неравноосных калибров - отношение размеров по
осям калибра ок ВК1НК и полосы до прокатки а0 ° h0/b0 и после про-
катки Qj = di/hj. Эти показатели формы калибра и полосы характери-
зуют устойчивость положения профиля в процессе прокатки в калибра.
При прокатке прямоугольных заготовок на гладкой бочке потеря
устойчивости возможна при а0 > 1,3. В ящичных калибрах положение
заготовки является более устойчивым, так как заготовка удержи-
вается стенками калибра. При большой степени защемления заготовки
в ящичном калибре устойчивость раската уменьшается, так как в
момент захвата точки касания заготовки с наклонными стенками
ручьев значительно удалены от дна калибра и в процессе продвиже-
ния заготовки через очаг деформация до наступления захвата дном
калибра возможно сваливание полосы (поворот сечения вокруг про-
дольной оси заготовки). Аналогичное явление может иметь место
и при прокатке квадратной заготовки в шестиугольном или овальном
калибре. Закругление углов заготовки радиусом г повышает устой-
чивость, так как при этом достигается одновременный захват заготов-
ки наклонными стенками и дном калибра.
В случае задачи в соответствующий калибр неравноосной заготовки
(прямоугольной, шестиугольной, овальной, ромбической) устойчи-
вость ее в калибре уменьшается с увеличением отношения осей а0
h0/b0. В результате статистического исследования заводских калиб-
ровок В.К. Смирновым и др. для расчета максимально допустимых
отношений осей полос по условию устойчивости предложены формулы
следующего вида:
87
Таблиц* 4. Звгиш юпффяжепв к» ... Ь, в форму» (И)
для мчега шияплькго дяуепыого шинмишя осе* мгонжки
Схема проке» к. Ь, Ь« Ь, Ь5 Ь, Ь,
Овал-квадрат 1.10 4ДЗ 2,071 12 2,42 0,0228 о.о 4,532
Шестиугольник- квадрат 1,20 6,179 1,619 33,5 2,993 0,0 0,567 0,65
Ромб-квадрат 1.20 1,30 0,338 10,7 0,706 0,0 1,134 0,496
Ромб-ромб 1,10 1,25 1,80 0,338 10,7 0,705 0,0 1,134 0,496
Овал-круг, овал-свал 1,15 0,618 5 0,0 0,012 0,0 0,449
Овал-ребровый овал 1,15 3,448 0,725 2,82 0,0 0,108 0,0 0,0588
Плоский овал- крут 1,12 2^8 0,972 2,01 0,0 о.о 0,0 1,819
-JT - ь44г + *».-£+
+ 6,-7-). (63)
где кв - коэффициент, характеризующий отношение максимально
допустимого соотношения осей к среднестатистическому значению
применяемых отношений ho/b0.
Значения коэффициентов к^ bt...b7 при некоторых схемах про-
катки на непрерывных станах приведены в табл. 4.
Устойчивость полосы в калибрах значительно уменьшается, если
заготовки имеют нарушения формы и размеров; ромбичность, разно-
сторонность, выпуклость боковых граней, лампасы или невыполнение
профиля. Прокатка таких заготовок сопровождается скручиванием
полосы на выходе из валков, неправильным заполнением калибра,
дефектами на полосе в виде закатов и подрезов, застреванием полосы
в проводковой арматуре и простоями стана. На непрерывном стане
потеря устойчивости полосы в калибре приводит к нарушению согла-
сованного режима прокатки, петлеобразованию или натяжению рас-
ката между клетями и, в конечном счете, к невыполнению заданных
размеров готового профиля.
5. Катающий диаметр и сип при прокатке
в калибрах
При прокатке полосы в валках с гладкой бочкой или в ящичных
калибрах без защемления деформация металла осуществляется при
88
постоянном катающем диаметра (радиусе) валка по всей ширине по-
носы. При прокатке в калибрах, когда диаметр валка изменяется в
соответствии с конфигурацией калибра, используют понятие среднего
катающего диаметра. Так, если контур калибра разделить на п рав-
ных частей и для каждом частя определить величину катающего диа-
метра О,, то средний катающий диаметр калибра можно выразить как
- I DJn. (64)
Контур калибра можно разделить на отрезки неравной длины 11г
1а... in и для каждого отрезка определить среднее значение диаметра
палка Dlt D3... D„ Тогда средний катающий диаметр калибра будет
равен
П«р = Е П{1,/ Е Ц. (65)
М f-1
Эти методы определения среднего катающего диаметра учитывают
действие на полосу различных диаметров валка только в соответствии
с контуром калибра в плоскости выхода полосы из очага деформации.
Можно учесть действие различных диаметров валка на полосу по всей
контактной поверхности очага деформация. В этом случае средний
катающий диаметр определяется следующим выражением:
п
Ол.ср = ----------, (66)
где Di - среднее значение диаметра валка на участке контактной
поверхности площадью ДГй Гк - площадь контактной поверхности.
Разница средних катающих диаметров, полученных указанными
методами, небольшая. Эти методы целесообразно применять для ка-
либров сложной формы. В простых калибрах катающий диаметр вал-
ков определяют по средней высоте приведенной полосы:
= D - hlcp - D - FJbt. (67)
В результате пластического течения металла в очаге деформации
имеет место явление опережения, при котором скорость выхода ме-
талла из валков v, превышает окружную скорость валка vK, опреде-
ленную по катающему диаметру. При прокатки на гладкой бочке ве-
личину опережения можно приближенно определить по формуле
I оловина- Дрездена
5 - D^f2hit (68)
I де у - угол нейтрального сечения.
89
Рж. И. Диаграмма распределения опережения по контуру квадратного (о) и овального (б)
калибров
При прокатке в калибрах величину опережения по отношению к
катающему диаметру можно рассчитать по аналогичной формуве
Лк^/2Л1ер, (69)
где Уср - среднее значение угла нейтрального сечения, определяемое по
методу приведенной полосы:
Учитывая опережение, определяют скорость выхода металла из
калибра:
*1 = Чс(1+5к)> (70)
где vK = л^Пв/бО - окружная скорость валка по катающему диамет-
ру; пв ” частота вращения валков, об/мин.
При известной скорости полосы Vi можно определить опережение
в любой точке по контуру калибра, в которой диаметр валка Dg отли-
чается от DK;
------(71)
Рв
Очевидно, что при DB > DK получим $ < при DB < DK соответст-
венно $ > SK. На рис. 64 показано распределение опережении по кон-
туру калибра и характерные точки: в точке 4, соответствующей поло-
жению максимального вреза в валок, величина опережении макси-
мальна; в точке В, расположенной вблизи бурта валка, величина опе-
режения минимальна (возможно отстаивание); в точке О окружная
90
скорость валка равна скорости выхода полосы, опережение равно
нулю; в точке К, соответствующей катающему диаметру валка DK
величина опережения равна 5*.
Необходимость учета опережения при прокатке в калибрах возни-
кает при расчетах скоростных режимов прокатки в клетях непрерыв-
ных станов.
6. Определение коэффициента вытяжки и уширения
при прокатке в калибрах
Величина уширения ДЬ определяет размер ширины полосы на вы-
ходе из калибра: Ь, = &0 + ЛЬ, где Ьо - ширина полосы, задаваемой
в калибр.
При ширине калибра Вк отношение bJBK « 6 характеризует степень
.шюлнения калибра, которая, таким образом, зависит от величины
уширения ДЬ. При определенной степени заполнения калибра площадь
сечения полосы Fj на выходе из валков также может быть определе-
на в зависимости от конфигурации и размеров калибра. Отношение
площади задаваемой полосы Fo к площади Ft представияет собой сред-
ний коэффициент вытяжки по всему сечению полосы в данном
проходе. Таким образом, величина коэффициента вытяжки и величина
уширения связаны между собой конкретными для каждого калибра
сометрическими соотношениями.
Для расчета уширения и определения вытяжки при прокатке в ка-
либрах широко используют общий метод приведенной полосы и тео-
ретические формулы, относящиеся к случаю прокатки прямоуголь-
ной полосы в цилиндрических валках, Но так как форма калибра
оказывает существенное влияние на величину уширения, в известные
формулы вводят поправочный коэффициент учитывающий особен-
ности деформация в калибрах разной формы. По экспериментальным
данным В.И. Зюзина поправочный коэффициент к^ составляет: для
систем калибров ромб-квадрат - 0,75-0,80; ромб-ромб - 0,85; овал-
квадрат - 0,70 - 0,74; овал-круг - 0,78-0,82; овал-ребровый овал -
0,82; ребровый овал-овал - 1,20.
Используя метод приведенной полосы для характеристики формы
калибра и заготовки, В.Б. Бахтинов предложил расчетную формулу
для определения уширения при прокатке в вытяжных калибрах
। де h0 и & о - высота и ширина заготовки; НК - высота калибра;
91
Табиица 5. ЗюияклМяда™*!.. .fcsвфора*уж(72)
Схема прокатки к, Ь Ь k. ks
Ромб-квадрат 1,623 0,99 0,98 0,79 0,77
Квадрат-ромб 0,30 1,01 1,623 0,77 0,79
Ромб-ромб 1,80 1,00 1,80 0,79 0,79
Овал-квадрат 1,12 0,95 0,98 0,86 0,77
Квадрат-овал 1,15 0,99 0,87 0,89 0,86
Овал-круг 0,97 1,07 1,02 0,86 0,89
Эллиптический овал-круг 1,00 1,80 1,80 0,89 0,89
Плоский овал-круг 1,05 0,91 0,96 0,93 0,80
Шес.уго ' 1,22 0,90 0,82 0,94 0,77
1,06 0,97 0,95 0,99 0,94
« - 2/у -JR,№A> - *Л);
Вк - катающий радиус калибра; f? - коэффициент трения на контакт-
ной поверхности; fci...fcs - коэффициенты, учитывающие влияние
на уширение формы калибра и заготовки.
Значения коэффициентов kt. ..ка для различных схем прокатки
приведены в табл. 5.
При прокатке в системе ящичных калибров влияние боковых сте-
нок калибра на ограничение уширения зависит от степени защемле-
ния полосы в калибре. Если Ь0/Вд < 1, то условия прокатки в ящичном
калибре и величина уширения не отличаются от условий прокатки
на гладкой бочке. При Ь0/Вя > 1 защемление полосы боковыми стен-
ками калибра приводит к ограничению течения металла в поперечном
направлении и величина уширения уменьшается. В расчетную формулу
при определении уширения вводят коэффициент ограничения ушире-
г»?
Рж.65. Зависимость коэффициента ограничения уширения в
ящичном калибра ст метели защемления полосы: кят
!,02 ^Ш-1-о,93(ь0/яд-1) °п>
92
Таблица б. Эяпашя ктф^ащнвпа С, ... Ct в фйвыуяв (73) для рапеп упшреяи
Схема прокатки с. Ci с. С, С. с. С.
Прямо угельник- пшпямй калибр 0,0714 0,862 0,746 0,763 0,0 0,0 0,160
f ом б—квадрат 0,973 2,010 2,070 0,665 0338 -2,458 0,0 -4,850 -1,300 0,700
Квадрат-ромб 3,090 0,0 -4,865 1343
?омб-ромб 0,506 1,876 0,695 -2320 -2320 -2,730 0,587 1,137
. гл—квадрат 2,242 1,151 0352 -2,234 0,0 -1,647
пират—овал 0,377 2,075 0,587 1,848 0316 0,0 -0,405 0,0 1,136
Квадрат- 'уеетиу гилышк 0,012 0,0 -3,453 0,0 0,659
Шестиугольник- 0,943 1,203 0,368 —0,852 0,0 -3,450 0,629
О влл-реб ровый овал 0375 1,163 0,402 -2,171 -4365 -1324 0,616
Ребровый овал- овал 1,623 23?2 0,761 -0382 -3,064 0,0 0,486
Овал-круг 0386 1,163 1,563 0,402 -2,171 0,0 -1324 0,618
1 |>ут-овал 0327 0,591 0,0 -0,852 0,0 0,587
кия fc^, величина которого по рекомендации В.М, Клименко может
быть определена по графику, приведенному на рис. 65.
Уширение при прокатке по различным системам калибров В.К. Смир-
нов, В. А. Шилов, Ю.В. Инатович описывают единой зависимостью:
X <Ч?ВФС‘/’, (73)
где Со... С7 - постоянные коэффициенты, принимающие численные
яначения в зависимости от схемы прокатки (табл. 6). Коэффициент
С7 = 0,362 при прокатке в ящичных калибрах, для других систем ка-
иибров С7 = 0; h0 и Ьо - высота и ширина полосы до прохода по осям
симметрии; 0^, - средний диаметр валков; 60 - степень заполнения
предыдущего по ходу прокатки калибра; Ф - показатель трения
(табл. 7); tg (р - выпуск ящичного калибра.
Трудности определения уширения в калибрах сложной формы
вынуждают использовать методы непосредственного расчета коэффи-
циента вытяжки при заданных размерах и форма заготовок и калибра.
Для расчета коэффициента вытяжки В. Тафель (1930 г.) предложил
делить калибр на ряд участков одинаковой ширины и, наложив на
калибр контур задаваемого сечения, на каждом участке определять
отношение ho/hi. Величина коэффициента вытяжки ло способу Тафе-
93
Таблиц* 7.
ф дня pt® личных ехем щккяки*
Система калибров Температура полосы, °C
более 1100- 1000- МО- менее 1200 1200 1100 1000 900
Прямоугольник-ящичный калибр Ромб-квадрат, ромб-ромб Овал—квадрат, шестиугольник- квадрат, овал-ребровый овал, овал-круг 0,5 0,6 0,7 0,8 1,0 0,5 0,5 0,6 0,7-0,8 1,0 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
*Прв прокатке высоколегированных сталей и в случае шероховатой (накатанной) или
выработанной поверхности валков значение ф следует увеличить на 0,1.
ля определяется как среднее арифметическое значение отношений
h0/hl для всех участков
где п - число участков, на которые разделен калибр.
Способ Тафеля не имеет теоретического обоснования, обычно дает
завышенные значения коэффициента вытяжки по сравнению с его
действительной величиной и используется для ориентировочных
расчетов.
В литературе имеются и бопее обоснованные теоретически форму-
лы для расчета средней вытяжки в разрезных калибрах со свободным
и ограниченным уширением и для некоторых других калибров.
Наряду с общими методами определения уширения и вытяжки при
прокатке в калибрах имеются специальные формулы и методы опре-
деления этих параметров в различных системах вытяжных калибров
и для некоторых фасонных калибров.
М.С. Мутьевым и П.Л. Клименко разработан удобный для практи-
ческого применения с использованием ЭВМ метод расчета вытяжки
и уширения при прокатке в системах вытяжных калибров ромб-квад-
рат, овал-квадрат, овал-ребровый овал, основанный на обобщении
данных заводских калибровок.
При прокатке ромбической заготовки в квадратном калибре коэф-
фициент вытяжки определяется в зависимости от обжатия по вершине
калибра АЬкб = h0 - hlt стороны квадрата с и диаметра валков D по
формулам;
прил« 500 мм XKB=l + (2,17 + AhKB- 0,01с- 0,008Л)/2,1с; (75)
94
приО>500мм Хга=1+(Айет + 0,0066Л-3-0,04с)/2,1с. (75а)
В чистовом квадратном калибре коэффициент вытяжки рекомен-
дуется принимать в зависимости от стороны квадрата по формуне
= 1,12 + 0,0004 с, (76)
и предчистовом ромбе
= 1,20 + 0,0004 с. (77)
Уширение ромбической полосы в квадратном калибра равно
Л Ькз ” (0,286 - 0,0012с + 0,45 (Хга - 1,15) - 0,00013 (350 - О)) с, (78)
если с < 30 мм и
ЛЬкв-(0,11-0,0003с + 0,35 (Лга- 1,1)- 0,000055 (800 - D)) с, (78а)
спи с > 30 мм.
Уширение квадратной полосы в ромбическом калибре определяется
по приближенной формуле
.----- ДЛВ
ЛЬр = 0,З^ЯвАйр • —А (79)
где RB и Ahp - радиус валка и обжатие по вершине калибра.
В системе калибров овал-квадрат коэффициент вытяжки в квад-
ратном калибре определяется по формулам
нриО« 400мм Лга= 1 + (Айга- 0,6с- 0,02D + 27)/60 (80)
(для с < 20 мм) и
^ы=1 + (Айет- 0,4с- 0.05D + 61,5)/130 (для с >20 мм); (80а)
при О > 400 мм Хкв = 1 + (А- 0,3с- 0,015D + 65,5)/200. (81)
Уширение овальной полосы в квадратном калибра равно
Лйи = (0,32 - 0,002 с (2 - 0,01 с) + 0,38 (Хга - 1,1) +
। 0,00045 (D- 350)) с (если с 90 мм); (82)
Л&га " (0,24 - 0,0008 + 0,3 (Хга - 1,1) - 0,00005 (D -
800)) с (если с > 90 мм). (82а)
Уширение квадратной полосы в овальном калибре определяется по
приближенной формуле
ЛЬ» = 0,4 Айд, —(83)
95
где RK и Ahcp “ катающий радиус и средние обжатие в овальном ка-
либре.
В системе калибров овал-ребровый овал коэффициент вытяжки
в ребровом овальном калибре определяется в зависимости от обжатия
по вершине калибра Дйр.ов и радиуса валка ширины ребрового
овального калибра Вк и диаметра валка D по формуле
X. „ - 1 + 1,2 / Д*"'"1 - 0,004 В* - 0,001 (350 - О). (84)
у Лл
Уширение овальной полосы в ребровом овальном калибра равно
0,0015 D +0,5 Хр10В
ДЬрхя -----* Л^р.ов. (85)
ТВк + ОЗОВк
При прокатке ребровой овальной заготовки в овальном калибре
уширение определяется по приближенной формуле
-------- ДЬ„
А6„ - (0,45... 0,5) /РМ, • , (86)
Л(ср
где hocp - средняя толщина задаваемого ребрового овала.
В предчистовом овале и чистовом круглом калибра коэффициент
вытяжки выбирается в зависимости от диаметра прокатываемого
круга d;
- 1,21 ♦ 0,0004 tf, (87)
Хк, = 1,12 4 0,00044 (88)
Уширение в чистовом круге:
ДЬкр = (0,11 - 0,0003d + 0,35 (Хкр - 1) - 0,00004 (800 - О)) d. (89)
7. Контактная поверхность
При прокатке в калибрах, когда обжатие полосы по ширине калибра
распределяется неравномерно, поверхность контакта полосы с валками
имеет сложное очертание. Есин начало координат расположить на СЛВ,
уравнение контактной поверхности можно представить в следующем
виде:
z - - v ₽(>)’ - х1, (911)
где х, у, z - координаты точки контактной поверхности по длине,
ширине и высоте очага деформации; Лер “ средний радиус валков;
Л (у) - текущий радиус валка при изменении координаты у в пределах
96
Координата х в зависимости от координаты у изменяется в пределах
О « х Id (у), где <d(y) ~ длина очага деформация в продольном се-
чении при соответствующей координате у, изменяющейся по ширине
калибра;
/ДЛ (у)’
К(У)ЛЛ(У)----------— i (91)
ЛЛ(у) - функция распределения абсолютного обжатия по ширине
калибра.
Площадь контактной поверхности полосы с одним из валков опре-
деляется выражением
дк
* 2 ld(y) ---------------------
F“»- П + (-Е-)’+ т
в* о
Фактическое значение площади контактной поверхности исполь-
зуется при расчетах работы или мощности сил трения скольжения,
при расчетах процессов теплообмена в очаге деформации. При расчетах
усилия и крутящего момента прокатки пользуются величиной пло-
щади горизонтальной проекции контактной поверхности:
ВК вк
+ 2 IjM * 2
Г.-! S Л-dy-S IMdy. (93)
2 J
При прокатке в простых калибрах в случае равенства катающих
лиаметров обоих валков процесс деформации проходит симметрично,
контактные поверхности на обоих валках будут одинаковы. На рис. 66
показана форма горизонтальной проекции контактной поверхности
при некоторых схемах прокатки. В ящичных калибрах (рис. 66, а) фор-
ма контактной поверхности близка к равнобедренной трапеции с ос-
нованиями &0 и и высотой, равной длине очага деформации по дну
калибра Id- При прокатке в системах калибров ромб-квадрат, ромб-
ромб (рис. 66, б) контактная поверхность имеет форму равнобедрен-
ного треугольника с основанием и выпуклыми наклонными сторо-
нами, причем в зависимости от радиусов скругления углов калибра
97
Гис. К. Форм» горимипльной проекции конткпгей поверхности при прскдакя по схемам:
с - прямоугольник - ящичный калибр: б - кыдрет-ром? (ромб-ромб, ромб-киадри);
а - овал-квадрат; г - квадрат-овал; й - овал-круг
и заготовки вершина контактной площади может быть острой, плоской
или слегка вогнутой. Форма контактной поверхности при прокатке в
квадратном калибре овальной заготовки показана на рис. 66, в. Вог-
нутость контура контактной поверхности по месту, соответствующему
вершине калибра, будет тем больше, чем больше притупление верши-
ны задаваемого овала. При прокатке в овальном калибра квадратной
заготовки в вершине калибра имеют место минимальное обжатие и
минимальная длина очага деформации ld> что обусловливает получение
контактной поверхности формы, показанной на рис. 66, г. В овальных
и круглых калибрах при обжатии овальных заготовок контактная
поверхность имеет очертания полуэллипса с малой осью и боль-
шой полуосью Id (рис. 66, д).
Площадь горизонтальной проекции контактной поверхности для
рассмотренных схем прокатки достаточно точно определяется по фор-
мулам В.Г. Дрозда, полученным аналитическим методом:
FK 0,67 f>: Id (ромб-ромб, ромб-квадрат, квадрат-ромб); (94)
Гк 0,54 (b0 + Id (квадрат- овал); (95)
FK 0,75 Id (овал-квадрат, овал-овал, овал-круг, круг-овал). (96)
В литературе имеются более точные формулы, предложенные
В.К. Смирновым, В.А. Шиловым, Ю.В. Инатовичем, учитывающие влия-
ние на контактную площадь отношения осей калибра и заготовки, сте-
пени заполнения калибра и других факторов.
Площадь горизонтальной проекции контактной поверхности при
прокатке в калибрах можно также определить графическим или гра-
фоаналитическим способами. Эти способы описаны в теории прокатки
и дают погрешность ~5-6S. Особенно целесообразно использовать
98
Fee. 67. Определение контактней плошали гра-
фоаналитическим методом:
I - исходное положение заготовки; 2 - по-
ложение заготовки при обжатии в калибре
1ти способы для определения кон-
тактной площади при прокатке в
фасонных калибрах.
Рассмотрим некоторые особеннос-
ти определения контактной площа-
ди п фасонных калибрах на приме-
ре прокатки уголкового профиля.
Па рис. 67 представлены в совмещенном виде профили калибра и про-
катываемой полосы. При совмещении профилей необходимо учесть
изгиб элементов заготовки при входе в калибр, а также правильно
распределить обжатия между верхним и нижним валками. Положение
заготовки в калибре выбирают таким, при котором ебжатия верхним
и нижним валками обеспечивают примерное равенство длины очага
деформации в каждом вертикальном сечении со стороны верхнего
и нижнего валков с учетом различия катающих радиусов верхнего
/?в и нижнего RB валков в каждом сечении. Используя графоаналити-
ческий метод, в каждом i-том вертикальном сечении графически опре-
деляют величину обжатия АЛ/ = Ahe + ДЛа и рассчитывают длину
очага деформации по формуле
где
/?ср = 2 КнЯв/(/?в +Яв).
Построив контур горизонтальной проекции контактной поверхности,
путем планиметрирования определяют ее площадь с учетом масштаба
построения. Можно заметить, что в некоторых сечениях (5,5') величину
вертикального обжатия можно отнести только к одному (верхнему)
валку. Это обусловливает некоторое различие контактных поверх-
ностей на верхнем и нижнем валках при прокатке в фасонных калиб-
рах. В расчетах используют среднеарифметическое значение FK на
верхнем и нижнем валках.
Для приближенного определения величины площади горизонталь-
ной проекции контактной поверхности при прокатке в калибрах на
практике широко используется метод приведенной полосы, который
обычно дает несколько завышенные результаты (7-18%). Площадь
контакта определяется по формуле
Гв *1 .
где Л^ср и Л0Ср - hicp и —------------среднее обжатие; Кк = (Лср-
- hiep)/2- средний катающий радиус валков.
Использование этого метода для определения FK в фасонных калиб-
рах может привести к неправильным результатам из-за изгиба заго-
товки при входе в калибр. При этом значительно уменьшается шири-
на исходной заготовки и в расчетах hocp следует принимать b0 bv
8. Энергосиловые параметры прокатки в калибрах
Контактное давление и усилие прокатки
Усилие, действующее на валок в процессе прокатки, можно опре-
делить по формуле
г - (59)
где рер - среднее контактное давление.
Среднее контактное давление определяется в зависимости от пре-
дела текучести деформируемого материала 0*т и коэффициента напря-
женного состояния п0:
Ptp“0*tno- <100>
Методы определения среднего значения предела текучести в очаге
деформация для прокатываемого материала с учетом температуры,
степени и скорости деформации рассмотрены в теории прокатки. Ос-
новную сложность при расчетах контактного давления в калибрах
представляет определение коэффициента напряженного состояния л0.
Используя метод приведенной полосы, расчет п0 можно выполнить
по известным теоретическим формулам, полученным для прокатки
на гладкой бочке. Например, простой и достаточно точной является
формула А.П. Чекмарева:
(,о,)
где hep = ho+2hl/3',f0- показатель сил трения.
Исследования показывают, что величина среднего контактного
давления при прокатке в калибрах, как правило, выше, чем при про-
катке на гладкой бочке полосы приведенных размеров. Это связано
100
влиянием неравномерности деформация и действием подпирающих
ил трения, влияние которых возрастает в связи с увеличением кон-
тактной поверхности,
А.П. Чекмарев и В.А. Николаев предложили учитывать влияние
формы калибра на коэффициент подпора по следующей формуле:
"«1* ("о - 1)> (102)
где пок - коэффициент подпора при прокатке в калибре; п0 - коэф-
фициент подпора, определенный для условий прокатки приведенной
полосы на гладких валках; - коэффициент формы калибра.
Рекомендуемые значения коэффициента формы составляют:
для круглых и квадратных калибров 1,4, ромбических 1,15-1,30;
овальных 1,09-1,27; шестигранных 1,15; угловых 1,2-1,41; двутавровых
и швеллерных 1,7-2,3.
С увеличением толщины полосы уменьшается величина продоль-
ных подпирающих напряжений, создаваемых силами трения. Влияние
сип трения на напряженное состояние в очаге деформация ослабевает.
При значении фактора формы Ijj/hq, < 1 основное влияние на величину
язвления оказывают внешние зоны (жесткие концы полосы, примыкаю-
1цие к очагу деформация). При прокатке слитков и заготовок в ящич;
пых калибрах, во многих случаях прокатки в других простых калиб-
рах при Ij/hgp < 1 для расчета коэффициента подпора можно исполь-
ювать эмпирическую формуиу А.И. Целикова и В.В. Смирнова:
"о = Мер)’0’4» (ЮЗ)
1 де Irf и hq, - длина очага деформации и средняя высота полосы в оча-
ге деформации, определенные по методу приведенной полосы.
М.Я. Бровмаи рекомендует определять коэффициент подпора при
прокатке в простых калибрах по формуле:
n0 = а(т+ b/т}, (1п4)
। де т = I'd/h'm - фактор формы, определяемый для продольного сече-
ная очага деформации по вертикальной оси симметрии калибра; а, b -
постоянные для каждого калибра.
Для ромбических и квадратных калибров а = 0,75; Ь = 0,5; для оваль-
ных калибров о = 0,6; Ь 0,8.
Широкое исследование энергосиловых параметров при прокатке
в калибрах простой формы с применением вариационного принципа
минимума полной мощности приведено В.К. Смирновым, В.А. Шиловым
и К.И. Литвиновым. Авторами предложены формулы для определения
к оэффициента подпора п0 при различных схемах прокатки в калибрах.
101
Крутящий момент прокатки
В практических расчетах крутящий момент прокатки Мир определяют
по усилию прокатки Р, принимая плечо в как некоторую часть длины
очага деформации. Для двух валков
М^-2Р, -2?ф1а, (105)
где ф - коэффициент плеча момента.
Используя метод приведенной полосы, коэффициент плеча момента
можно определить по графикам (рис. 68) в зависимости от 5 = 2/у/я—
(/у - коэффициент трения при установившемся процессе прокатки)
и степени деформации £ = Ahcp/hoep. Силы трения, действующие на
наклонных стенках калибра, значительно увеличивают момент про-
катки, при этом увеличивается коэффициент плеча момента ф. Прибли-
женно принимают при горячей прокатке заготовок квадратного се-
чения ф = 0,5, круглых профилей 0,6, профилей в закрытых калибрах
и фасонных профилей 0,7. Экспериментальные данные Е.С. Рокотяна,
полученные при исследовании прокатки крупных заготовок в ящичных
калибрах, отвечают следующей зависимости коэффициента ф от пара-
метра /rf/hcp-.
ф = 0,42 + 0,0725 —. (106)
'4
По данным А.П. Чекмарева и др. коэффициент плеча момента при
прокатке на блюминге можно определить по следующей эмпирической
формуве
ф = 0,790 - 0,887 + 0,444 [-7—^ . (107)
hcp \ Ч I
При прокатке в калибрах системы овал-ребровый овал отмечено
влияние на коэффициент ф параметров Я/й0, е (по вершине калибра)
и температуре полосы t, ’С. Согласно экспериментальным данным
коэффициент ф при прокатке ребровой овальной полосы в овальном
калибре равен
ф = 0,47 - 10,3 • 10'3 R/h0 - 3,1 • 10‘3 Е + 13-10'* t’ (108)
при прокатке по схеме овал-ребровый овал
ф = 0,385 - 25,1 • IO'3 + 1,4- Ю"4 Г. (109)
В.И. Зюзиным проведено экспериментальное исследование коэффи-
циента плеча момента при прокатке фасонных симметричных и
несимметричных профилей сложной формы, результаты которого по-
казаны ла рис. 69.
102
Ч 8 12 d 12 3 ln/fitp
he. 60. Изменения коэффициента плеча момента Ф при горячей прокатке в зависимости от
бив
Рж. 69. Зависимость ф - Ф (Jrf/Лер) при прокатке фасонных профилей:
1 - симметричный; 2 — несимметричный профиль
Для расчета крутящего момента прокатки по различным системам
калибров В.К. Смирновым и др. предложена формула:
М„, . 0,287 0,Л? - 1 )’ Пи» (ПО)
где пвал - коэффициент, определяемый в зависимости от схемы прокат-
ки с учетом влияния геометрических и технологических параметров
прокатки.
Потребляемы мощность и расход энергии на прокатку
Мощность расходуемая на прокатку, определяется по формуле
«„-М„И, (111)
где w - угловая скорость валков, 1/с; ш ппв/30 (пв, об/мин - частота
вращения валков).
Работа прокатки А пр составляет:
Апр = МпрФ, (И2)
где Ф - угол поворота валков за период прокатки полосы длиной
Для определения работы прокатки может быть также использована
формула Финка
4np = pcpVlnX (114)
103
(7- объем прокатанной полосы).
Тогда мощность прокатки будет равна
JVnp= PepFiVtlnX, (115)
где Vi - скорость полосы, выходящей из валков.
Ограничения по знергосиловым параметрам прокатки
Оборудование прокатного стала имеет ограниченные возможности
по усилию прокатки, крутящему моменту, развиваемой мощности.
В технической характеристике рабочей клети указывается величина
допускаемого усилия прокатки [Р], определенная при проектировании
рабочей клети исходя из прочности валков, станины и других дета-
лей рабочей клети. При разработке калибровок и технологических
режимов прокатки обязательной является проверка ограничения по
усилию прокатки:
Р<[Р]. (Иб)
Крутящий момент прокатки Мпр обычно неравномерно распреде-
ляется между валками. Даже при прокатке в симметричных калибрах
момент прокатки на одном из валков может составлять 40-60% от
общего момента М^. В сложных несимметричных фасонных калибрах
неравномерность распределения моментов между валками может
быть более значительной 20—80 % от Мт- Приводная шейка валка
подвергается совместному действию изгибающего момента от усилия
прокатки и крутящего момента Мкр • (0,6-0,8) + Мгр - момент
трения в шейках валка). При этом должно выполняться условие
°рм й [°] (°wm “ результирующее напряжение от действия изгиба и
кручения; [о] - допускаемое напряжение для материала валков).
Крутяпшй момент передается на шейку валка шпинделем. В техничес-
кой характеристике шпинделей прокатного стана указывается макси-
мально допустимая величина передаваемого крутящего момента
[Minn,. Для нормальной работы стана должно выполняться условие
[М]шп.
В технической характеристике шестеренной клети и редуктора
указывается номинальная величина передаваемого крутящего мо-
мента Мкам и максимально допустимая - [М]. Крутяпшй момент от
нагрузки в процессе прокатки Мщгр, определенный с учетом допол-
нительного сопротивления трения в линии передачи, при длительных
нагрузках не должен превышать (Мнщ, < а при кратковре-
менных - Мщгр [М]. Превышение номинального крутящего момента
приводит к повышенному износу зубчатой передачи, а превышение
максимально допустимого момента может привести к поломке.
Крутяпшй момент на валу электродвигателя Мда определяется как
104
сумма моментов прокатки М'пр, трения М'^, холостого хода М'^ и
инамического момента М’дии, приведенных к валу двигателя с учетом
ередаточного отношения. Расчетная величина не должна превы-
шать допустимое максимальное значение указанное в паспорте
шектродвигателя. Обычно предусматривается защита электродвига-
теля от перегрузки по крутящему моменту путем ограничения тока
якоря двигателя /я. Кроме того, должно быть обеспечено соотношение
Мжв "S «нтадв, (И?)
де Имея - эквивалентный момент нагрузки на валу двигателя, опре-
деляемый как среднеквадратичное значение нагрузки за время про-
катки и пауз; Миомлв - номинальный крутящий момент по техничес-
кой характеристике электродвигателя. Выполнение этого соотношения
предупреждает перегрев двигателя.
Мощность, развиваемая электродвигателем постоянного тока,
зависит от крутящего момента нагрузки и скорости вращения на ва-
лу двигателя пда. Указанная в паспорте величина его мощности может
быть получена при номинальном крутящем моменте и номинальных
оборотах вала двигателя Паду. При снижении скорости вращения ниже
номинальных оборотов развиваемая мощность снижается практически
пропорционально отношению Поэтому при разработке калиб-
ровок прокатных станов нужно контролировать соответствие мощ-
ности, затрачиваемой на прокатку и преодоление сопротивлений в
линии передачи, и фактической мощности электродвигателя при тех
оборотах валков, которые предусмотрены по калибровке.
Контрольные вопросы
1. В чем состоят особенности деформации в каяибрех по сравнению с прокапай полосы
нв гладкой бочке’
2. Дайте характеристику напряженного состояния в очаге «формации при не зиомер-
ном обжигах злемеитов профиля.
3, Какими показателями определяется деформации при прокатке в калибрах?
♦. В чин заключаются методы приведенной и оленя ет венной полосы?
5. Дайте характеристику особенностей захвата полосы в калибрах. Какую роль в про-
цессе захвата играют наклонные стежки калибре?
6. Какие факторы оказывают влияние на величину максимально допуекаадяо угла
охвата при прокатке в калибрах?
7. Что понимают под устойчивостью полосы в калибре? Какие факторы влияют на ус-
тойчивость’
8. Что понимают под катающим диаметром при прокатке в калибрах, как определяется
»го величина?
9. Как определить операкжие при прокатке в калибрах, как распределяется опереже-
ние по контуру калибра!
10. В чем заключаются особенности уширения при прокатке в калибрах, как учитыва-
ются эте особенное™ при расчетах уширения?
105
11. Что понимают под коэффициентом огрэиичедяя уширения, от чего ззвиеит его ве
личина?
12. От каких факторов зависит величина уширения при прокатки в простых калибрах!
13. Какие факторы оказывают влияние на величину коэффициента вытяжки при про-
катке в простых калибрах?
U. Что представляет собой контактная поверхность полосы с валками при прокатке
в калибрах, мк определяется площадь ее горизонтальной проекции?
15. Как определяют контактное давление и усилие прокатки в калибрах? Какое влия-
ние оказывает форма калибра и очага деформации на контактное давление, как учиты-
вается это влияние?
16. Как определяется крутящий момент щхжякж в калибрах, от каких факторов за-
висит коэффициент плеча момента?
17. Как определить потребляемую мощность и расход энергии при прокатке!
18, Какие ограничения по энергосиловым параметрам прокатки необходимо учитывать
при разработке кадибровок прокатных станов!
Глава Ш. ПРОИЗВОДСТВО БЛЮМОВ И СЛЯБОВ
1. Сортамент блюмов и слябов
Блюмами называют полученные путем обжатия слитков раскаты
квадратного или прямоугольного (близкого к квадратному) сечения
с закругленными углами с размерами от 140X 140 до 450 X 450 мм
(ОСТ 14-13-75). Блюмы являются полупродуктом прокатного произ-
водства и используются в качестве исходной заготовки при производст-
ве сортовых профилей.
Слябы - это полупродукт, имеющий прямоугольное сечение толщи-
ной от 100 до 350 мм и шириной от 300 до 2200 мм (ГОСТ 25715- 83),
используемый в качестве исходной заготовки при производстве листо-
вого проката.
Блюмы и слябы прокатывают на мощных обжимных реверсивных
станах-блюмингах, слябингах и блюмингах-слябингах из слитков
массой до 45 т. В странах СНГ в настоящее время работают около
30 блюмингов с диаметром валков 850-1500 мм и четыре слябинга с
диаметром валков 1150 мм и длиной бочки 2000- 2500 мм. Кроме об-
жимных станов, для производства блюмов и слябов все большее рас-
пространение получают машины непрерывного литья заготовок, кото-
рма по своим техническим возможностям обеспечивают получение
непрерывнолитых блюмов и слябов во всем диапазоне размеров ука-
занного сортамента.
2. Типы обжимных станов
Различают следующие типы обжимных станов:
1. Одноклетевые реверсивные блюминги дуо. Эти станы подразде-
106
ляют на малые блюминги с валками диаметром 800—1050 мм, средние
блюминги с валками диаметром 1100— 1190 мм и большие блюминги с
диаметром валков 1200-1500 мм. На современных металлургических
заводах устанавливают большие блюминги производительностью
4,5- б мли. т/г. При меньшем объеме производства используют средние
и малые блюминги. Малые блюминги часто устанавливают в качестве
обжимных клетей в составе рельсобалочных, крупносортных и трубо-
заготовочных станов для обжатия блюмов, поступающих на эти станы
с большого блюминга. Малые блюминги также используют для обжатия
слитков качественных сталей массой 3- 5 т.
2. Двухклетевые блюминги (тандем), состоящие из двух расположен-
ных последовательно одноклетевых реверсивных блюмингов (боль-
шого и малого или среднего и малого). Двухклетевые блюминги обла-
дают значительно большей производительностью, чем одпоклетевые,
за счет сокращения числа проходов в каждой клети.
3. Непрерывный блюминг - агрегат, состоящий из ряда последова-
тельно расположенных нереверсивных клетей дуо. В первых клетях
слиток прокатывается раздельно в каждой клети, а в последних воз-
можна непрерывная прокатка. Благодаря отсутствию реверсирования
упрощается оборудование клетей и электропривод. Применение непре-
рывного блюминга целесообразно при объеме производства не менее
6-8 млн. т/год.
4. Блюминги-слябинги характеризуются большой высотой подъема
верхнего валка (1150-1520 мм), что позволяет прокатывать, кроме
блюмов, широкие слябы, обжимая боковые кромки слябов в ребровых
проходах.
5. Слябингу предназначены для прокатки из слитков массой до
30- 45 т плоской листовой заготовки с ровными катаными кромками-
слябов. Слябинг является универсальным двухклетевым реверсивным
станом, имеющим, кроме горизонтальных рабочих валков, вертикаль-
ные валки для обжатия боковых кромок слябов.
3. Краткая характеристика блюмингов и слябингов
Схема расположения оборудования одноклетевого реверсивного
блюминга приведена на рис. 70.
В пролете нагревательных колодцев 1 расположены группы колод-
цев 1 для нагрева слитков перед прокаткой. Вдоль фронта нагрева-
тельных колодцев по кольцевому рельсовому пути движутся тепеж-
ки-слитковоэы 2, доставляющие нагретые слитки к приемному роль-
гангу 3 блюминга. На малых и средних блюмингах доставка нагретых
слитков к приемному рольгангу обеспечивается одним слитковозом,
совершающим челночное движение по прямому рельсовому пути от
107
he. 71. Схем» рааюлохеяи оборудования одвоклятаого реэерсявнст бвюминг*
колодцев к приемному рольгангу. С тележки слитковоза слиток пе-
редается на приемный рольганг при помощи бокового сталкивателя 4
или перекладывается на рольганг при наклоне люльки слитковоза.
Приемный рольганг оборудуется встроенным стационарным опрокиды-
вателем слитков, который используется при доставке нагретых слит-
ков к рольгангу непосредственно клещевыми кранами. С приемного
рольганга слиток передается на рольганг башенных весов 5. При необ-
ходимости механизм весов разворачивает слитки в горизонтальной
плоскости на 180’ для подачн к стану тонкой частью вперед. На станах
старой конструкции для этой цели используется поворотный стоп.
По подводящему рольгангу 6 слиток поступает в становий пролет Д,
примыкающий к пролету нагревательных колодцев. Здесь размещается
рабочая клеть блюминга 7, оборудованная рабочими 8 и раскатными 9
рольгангами с передней и задней стороны стана, механизмами манипу-
ляторов с кантователями 10, устройством для уборки крупного скрапа
из-под клети, устройством для перевалки валков.
Из числа имеющихся блюмингов около 60 % составляют современные
блюминги с диаметром валков 1250-1300 мм, прокатывающие слитки
массой 8-15,2 т. Двухвалковая реверсивная клеть типового блюминга
1250 конструкции УЗТМ имеет рабочие валки диаметром 1250 мм и
длиной бочке 2800 мм, которые приводятся но вращение от индиви-
дуальных электродвигателей 11 мощностью по 4600 кВт с частотой вра-
щения 0-50-120 об/мин через универсальные шпиндели 12. Нажимное
устройство обеспечивает перемещение верхнего валка со скоростью
до 220 мм/с. На блюминга 1300 для привода валков используются два
электродвигателя по 6800 кВт с частотой вращения 0-60-90 об/мин.
Скорость перемещения верхнего валка - до 250 мм/с. На малых и
средних блюмингах для привода валков используют один электродви-
гатель мощностью до 10000 кВт. В этом случае в линии привода рабо-
чей клети имеется дополнительно шестеренная клеть.
На современных блюмингах за раскатным рольгангом установлена
108
машина огневой зачистки (МОЗ) 13, предназначенная для удаления
поверхностных дефектов на раскате при помощи газокислородных
горелок. Для обрези дефектных концов раската, соответствующих
головной и донной части слитка, а также для разрезки раската на мер-
ные длины при производстве товарных блюмов предназначены нож-
ницы 14. Ножницы обслуживаются рольгангом перед ножницами 15,
сталкивателем обрезков, рольгангом за ножницами 16, передвижным
упором 17 и конвейером уборки обрези 18, по которому обрезки пере-
даются в скрапной пролет Ш, где охлаждаются в ямах и грузятся на
железнодорожные платформы. В скрапном пролете имеется также
яма-отстойник 19 окалины, осыпающейся со слитка, смываемой водой
из-под рабочей клети и рольгангов. За ножницами имеются автомати-
ческие весы 20, клеймовочная машина 21, сталкиватели 22, холодиль-
ники для блюмов 23 и подъемные столы-укладчики 24 для слябов.
Средняя годовая производительность составляет; малых блюмин-
гов - 1,2 млн. т/год; средних - 3,5 млн. г год; больших - 4,8 млн. т/год.
В зависимости от сортамента каждого стана эти показатели могут из-
меняться в значительных пределах. Самым мощным и высокопроизво-
дительным обжимным прокатным станом в нашей стране является
блюминг 1300. Его производительность достигла 6,5 млн. т/год по
слиткам. Блюминг 1300 прокатывает из слитков массой 8-15,2 т блюмы
сечением 300X300-410X 430 мм и слябы толщиной 150-200 мм и
шириной до 1470 мм.
Слябинг является реверсивным обжимным станом с универсальной
клетью. Для обеспечения высокой производительности слябинга нагре-
вательные колодцы 1 располагают в двух параллельных проле-
тах (рис. 71). Доставка нагретых слитков к стану производится двумя
слитковозами 2, движущимися возвратно-поступательно по параллель-
ным рельсовым путям вдоль фронта нагревательных колодцев. На
стане имеется два приемных рольганга 3, с которых слиток поступает
на рольганг-тележку 4 и передается на транспортный рольганг 5, за
которым установлено поворотное устройство с весами 6.
Главная линия стана 7 состоит из рабочей клети с горизонтальными
валками диаметром 1150 мм и длиной бочки 2100 мм и расположенной
перед ней клети с вертикальными валками диаметром 900 мм и длиной
бочки 2100 мм. Привод горизонтальных валков индивидуальный от
электродвигателей мощностью по 7200 кВт при частоте вращения
0-53-80 об/мин; вертикальные валки приводятся от двух электродви-
гателей мощностью по 2300 кВт при частоте вращения 0-75-120 об/мин.
На слябингах вертикальные валки могут быть установлены за гори-
зонтальными, что позволяет получать более точные размеры по ширине
слябов. Величина подъема верхнего валка - 1750 мм,- скорость переме-
щения - 75-150 мм/с. Зазор между вертикальными валками регули-
109
Рж. П. Схем» р&сположеняя оборудования слябинге 1150 комбината ’Запорожсталь’
руется в пределах 700—2150 мм, скорость установки валков 40—80 мм/с.
Главную линию стана обслуживают рабочие рольганги 8 и манипулято-
ры 9, с передней стороны стана имеется кантователь 10.
После прокатки слябы поступают на МОЗ 11 и далее на ножницы 12
с передвижным упором 13 и конвейером уборки обреэи 14. За ножни-
цами слябы взвешиваются и направляются либо на дальнейшую про-
катку на листовом стане (транзитом или с промежуточным нагревом),
либо к уборочным устройствам 15 на складе слябов.
На слябинге получают слябы толщиной до 350 мм и шириной до
2000 мм. Годовой объем производства составляет 5-7,5 млн. т по
слиткам.
4. Технологический процесс производства блюмов
и слябов
Слитки, поступающие из сталеплавильного цеха, загружают в реку-
перативные или регенеративные нагревательные колодцы для подогре-
ва до 1260—1300 ’С перед прокаткой. Загрузка слитков в колодцы
производится кранами с клещевым захватом поплавочно в вертикаль-
ном положении прибыльной частью вверх. При посаде холодных слит-
ков ереднеуглеродистой, высокоугпероднстой и легированной стали
температура в камере колодца не должна превышать 600-700 ‘С из-за
опасноств образования трещин на слитке. Температуру в колодце
медленно повышают, пока поверхность слитка не достигнет темпера-
туры 800’С. Затем скорость нагрева может быть увеличена. Общая
продолжительность нагрева при этом достигает 11-16 ч. Если посад
слитков в нагревательные колодцы производится при температуре
400-1000’С (горячий посад), значительно сокращается продолжитель-
ность их нагрева до температуры прокатки, снижается расход топлива,
ПО
улучшаются экономические показатели работы нагревательных колод-
цев. На современных заводах свыше 90 % слитков поступает в колодцы
при 800-900’С, в связи с чем строго регламентируют время доставки
слитка к колодцам после разливки. При горячем посаде время нагрева
слитка составляет 2,5-3 ч.
Нагретые слитки извлекаются из колодца клещевыми кранами и
доставляются непосредственно к стационарному опрокидывателю
на приемный рольганг (из ближних групп нагревательных колодцев)
или укладываются на тележку спитковоза (из дальних групп нагре-
вательных колодцев). Для обеспечения высокой производительности
стана в пролете нагревательных колодцев устанавливают 12-16 групп
нагревательных колодцев, при этом длина пролета составляет 300-
350 мм. Доставка слитков из дальних групп колодцев занимает много
времени. Даже при высокой скорости движения спитковоза (до 6 м/с)
возникают затруднения в обеспечении стана слитками. Чтобы вдвое
сократить пробег спитковоза и обеспечить высокий ритм подачн слит-
ков к стану, пролет нагревательных колодцев располагают перпенди-
кулярно становому пролету, но это усложняет доставку слитков из
сталеплавильного цеха. Вопросы обеспечения ритмичной доставки
нагретых слитков к приемному рольгангу полностью решаются при
применении кольцевой слиткоподачи, когда несколько слитковозных
тележек движутся вдоль фронта нагревательных колодцев по замкну-
тому кольцевому пути (рис. 70).
На приемном рольганге слиток автоматически взвешивается. При
прокатке слитков спокойных сталей, уширенных кверху и имеющих
большую прибыльную часть, целесообразно произвести разворот слитка
на 180' в горизонтальной плоскости и прокатывать слиток донной
частью вперед, что улучшает условия захвата слитка валками и, кроме
того, способствует уменьшению обрези раската на ножницах. Прокатка
слитков на заданный конечный размер производится в соответствии
установленными режимами обжатий и скоростями вращения вал-
ков, количеством проходов и порядком кантовок. Общее количество
проходов в зависимости от начальных размеров слитка и конечных
размеров сечения блюма (сляба) обычно составляет 9-17. Цикл прокат-
ки одного слитка составляет 40-70 с. Температура конца прокатки -
1100-1150‘С. После прокатки раскаты подвергают обработке на маши-
не огневой зачистки. На ходу со скоростью 0,25-1,0 м/с со всех четы-
рех сторон раската газокислородные горелки сжигают поверхностный
слой металла на глубину 0,8-3,0 мм, удаляя вместе с ним поверхност-
ные трещины и другие дефекты на раскате. Передний и задний конце-
вые участки раската, соответствующие прибыльной и донной частям
слитка, являются дефектными и обрезаются на ножницах. При этом
на раскатах из кипящей и полу спокойной стали от переднего конца
111
отрезают усадочную рыхлость, составляющую 4-6% длины раската,
а от заднего конца, содержащего неметаллические включения, ликва1
пню элементов, отрезают 2-3 % металла. На раскатах слитков спокой-
ной стали, имеющих большую прибыльную часть и глубокую усадочную
раковину, обрезь со стороны головной части слитка (задний конец
раската) составляет 10-14% и 2-3% от донной части слитка. Обрезки
сбрасываются на конвейер и передаются в скрапной пролет, где после
охлаждения грузятся магнитными кранами на железнодорожные плат-
формы и отправляются на переплавку. Кроме обрезки концов, на нож-
ницах производится резка раската на мерные длины, если блюмы или
слябы отправляют на склад или в подогревательные печи. За ножни-
цами имеется клеймовочиая машина, на которой производится авто-
матическое нанесение клейма на передний торец блюма или сляба.
Огневая зачистка раската на МОЗ позволяет получить достаточно хо-
рошее качество поверхности полупродукта для того, чтобы, используя
высокую температуру металла, передать раскат транзитом без проме-
жуточного подогрева на последующие непрерывно-заготовочный,
рельсобалочный, крупносортный или листопрокатный стан или исполь-
зовать подогревательные печи при высокой начальной температуре
металла. Если же качество поверхности полупродукта неудовлетвори-
тельное, он передается на промежуточный склад для охлаждения и
ремонта.
На блюмингах и слябингах в настоящее время многие основные и
вспомогательные операции автоматизированы. Особенно высока сте-
пень автоматизации на блюминге 1300. Автоматизировано управление
главным приводом, нажимными устройствами, подача слитков от
нагревательных колодцев к приемному рольгангу, рольганги, МОЗ,
манипуляторы, ножницы, сталкиватели. Внедрены автоматические
системы обнаружения и контроля пробуксовки металла в валках со
снижением скорости вращения валков при срыве процесса прокатки,
система управления подпгтамповкой концов раската в процессе прокат-
ки с помощью нажимного устройства. Для точной оценки и переработки
текущей информации о ходе производства полупродукта применяют
информационно-советующие системы. В диспетчерской и на главном
посту управления блюмингом на цифровых табло выводится инфор-
мация по технологическому процессу и темпу работы стана, что дает
возможность своевременно воздействовать на процесс и обеспечивать
ритмичность работы блюминга. Система информационно-технологичес-
кого сопровождения и учета продукции способствует повышению
точности учета и уменьшению брака.
Автоматическая система управления технологическим процессом
внедрена на блюминге 1500. Система, использующая четыре ЭВМ,
управляет нагревом слитков в колодцах, слиткоподачей, режимами
112
обжатий, рациональным раскроем и безупорным остановом металла
на ножницах. Автоматически контролируются технологические пара-
метры нагрева слитков, режимы обжатий и скорости прокатки, энерго-
силовые параметры прокатки, определяется производительность
блюминга.
На слябингах применяется автоматизированная система регулиро-
вания и согласования скоростей вращения вертикальных и горизон-
тальных валков, что дает возможность снизить усилия подпора и натя-
жения и уменьшить ударные нагрузки в линии стана.
5. Расчет режима обжатий на блюминге
В основу расчета режима обжатий на блюминга должно быть поло-
жено стремление получить полупродукт требуемых размеров попереч-
ного сечения и необходимого качества из слитка заданного размера
за минимальное количество проходов при максимальной производи-
тельности обжимного стана. Кроме того, важно получить полупродукт
при минимальных энергетических затратах на всех стадиях передела
в обжимном цехе, включая и прокатку. Очевидно, для достижения
максимальной производительности потребуются максимально возмож-
ные обжатия в каждом проходе, величина которых ограничивается
условиями захвата металла валками, пластичностью металла, проч-
ностью валков и шпинделей, мощностью электродвигателя. При опре-
деленных условиях прокатки обычно преобладает влияние одного из
перечисленных факторов. Так, при прокатке блюмов и узких слябов
(шириной до 900 мм) из низко- и среднеутлеродистых сталей ограничи-
вающим факторам является захватывающая способность валков.
При прокатке высокоуглеродистых и легированных сталей величина
обжатий ограничивается пластичностью металла. При прокатке слябов
шириной 1000-1250 мм обжатия ограничиваются величиной допусти-
мого крутящего момента в линия привода и мощностью электродвига-
телей, а при прокатке более широких слябов - условиями прочности
рабочих валков.
В основу приведенного ниже расчета режима обжатий при прокатке
на блюминге положен принцип выбора обжатий по максимально допус-
каемым углам захвата. Выбор допускаемого угла захвата при прокатке
в ящичных калибрах, применяемых на блюминга, рассмотрен в
п. 3 гл. П. По практическим данным для рядовых марок сталей допус-
каемый угол захвата составляет 25-27*, в среднем 26’, при прокатке
высокоуглеродистых и легированных сталей угол захвата следует при-
нимать 24-25*.
ИЗ
123
Расчет максимального и среднего обжатия
Величина максимального обжатия при максимально допустимом
угле захвата а гоах составляет
“ “«"mJ-
где DK - катающий диаметр валка (по дну ящичного калибра).
С учетом уменьшения начального диаметра Do за счет переточки
важов на 10 % при глубине вреза ручьи ящичного калибра йвр величи-
на катающего диаметра будет равна
Лк - 0,9 Do - 2 hjp.
Прокатка на блюминге производится в 3-5 ящичных калибрак с
различной глубиной вреза ручья. Первый, наиболее широкий калибр
(800-1700 мм), в котором начинается прокатка слитка, называют
гладкой бочкой. Обычно он выполняется с небольшой глубиной вреза
ручья для возможности прокатки слябов. Последующие калибры имеют
значительно меньшую ширину и более глубокий врез в важи. Напри-
мер, на блюминге Do = 1250 мм для прокатки блюмов 320 X 300 мм
используются четыре калибра с глубиной вреза ручьев йвр1 = 77,5 мм,
йвр2 = Ю2,5мм, йврэ = 92,5 мм, йвр4 = 82,5 мм. При этом средняя глу-
бина вреза ручьев будет равна
M>**W***api*Av« 77,5 + 102,5 + 92,5 + 82,5
----------“-------— - ------------;------- 8’““-
Средний катающий диаметр для всех калибров будет равен
Дс.ср = 0,9 Do - 2 Лвр.ср = 0,9 • 1250 - 2-89 = 947 мм.
Исходя из среднего катающего диаметра и допускаемого угла зах-
вата Кдоп= 26” величина максимального обжатия за один проход в сред-
нем будетравна
Айер = -^к.ср (1 “ COS я доп) - 95мм.
Расчет необходимого количества проходов
Для получения из слитка сечения й0х&0 блюма требуемого сечения
йк х Ьк необходимо произвести обжатие как по стороне Н, так и по сто-
роне В (рис. 72). При этом величина обжатия по каждой стороне будет
больше разности начального и конечного размеров (й0 - йи или
&о ~ Mj так как при обжатии по одной из сторон размер другой сторо-
ны увеличивается за счет уширения.
Суммарное обжатие по одной и по другой стороне раската опреде-
ляется следующими выражениими;
114
hr. 72. Схем» получения б.тама hKXftK из
нитке hDXft0 при прокатке е уширением:
* (®о ~ “ дополнительное обжатие по сто-
роне И; k Cha ~ ^к) “ дополнительное обжатие
по стороне В
lHh,-h„-h,tk(b,-b^,
ЕЛ1.,-60-Ья»к(Л0-к,).
(48)
(119)
Коэффициент к представляет собой условный показатель уширения.
По данным практических калибровок к = 0,1 + 0,25. Для расчета предва-
рительного режима обжатий можно принимать к = 0,15.
Для примера возьмем слиток спокойной стали массой G » 10 т с раз-
мерами сечения вверху й'о X Ь'о = 750 X 710 мм, внизу hn х ь0 =
820 х 790 мм, из которого требуется получить конечное сечение блю-
ма hK х Ьк = 320 х 300 мм. В этом случае будем иметь:
1Д/1Я = 820 - 320 + 0,15(790 - 300) = 573 мм;
2. ДЪЖ = 790 - 300 + 0,15(820 - 320) = 565 мм.
При известной величине среднего обжатия за проход можно опре-
делить необходимое количество проходов при обжатия по стороне И и
по стороне В:
Результат округляем до ближайшего целого числа, причем общее
количество проходов при отсутствии холостого прохода должно быть
нечетным. Принимаем 13 проходов при пн= 7 и лв = 6.
Для принятого количества проходов пн и пв средние обжатия по
сторонамНиВ будут равны:
ЛЛср.И
= — « 80 мм;
ЛЛсв.В = —'—
пв
115
Результат можно округлить до значений, кратных 5 мм.
Выбор порядка кантовок и схемы прокатки
В процессе прокатки возникает необходимость кантовки раската.
При выборе числа и порядка кантовок необходимо учитывать сле-
дующее:
1. На большинстве блюмингов кантователь имеется только с перед-
ней стороны рабочей клети, поэтому кантовки следует назначать после
четных проходов.
2. При прокатке малопластичных сталей кантовку необходимо произ-
водить через каждые два прохода.
3. После первых двух проходов на гладкой бочке делают кантовку
для ликвидации конусности слитка со всех сторон, что также способст-
вует лучшему удалению окалины с поверхности слитка.
4. При прокатке на гладкой бочке раскат сохраняет устойчивость,
если отношение h/b ие превышает значения 1,3-1,5. Поэтому необхо-
дима своевременная кантовка раската по мере увеличения отношения
b/h в процесса прокатки, если последующие после кантовки проходы
будут производиться на гладкой бочке. Если раскат после кантовки
будет передаваться во II калибр и последующие, то можно допустить
отношение h/b 1,7 * 2,0.
5. Кантовка требует дополнительных затрат времени, поэтому,
чтобы не снижать производительность стана, следует назначать только
необходимые кантовки и совмещать кантовку с передачей раската
из калибра в калибр.
6. При прокатке в калибрах кантовка необходима в случае перепол-
нения калибра, практически во П калибре без кантовки можно давать
не более четырех проходов, а в последующих калибрах не более
двух проходов.
7. Для повышения точности размеров блюмов перед последним про-
ходом необходима кантовка, в последнем калибре делают только
один проход.
В табл. 8 приведены некоторые применяемые на заводах схемы
прокатки и кантовки на блюмингах, которые могут служить руко-
водством при расчете режима обжатий. При выборе схемы прокатки
необходимо обращать внимание на соответствие рассчитанного коли-
чества проходов по стороне Н и по стороне В выбранной схеме. Для
этого полезно выбранную схему представить в виде последователь-
ности обозначений обжимаемых сторон. Например, схему XII пред-
ставляем в виде:
ННХДВВВХНИХВДХННХБ > 13,
116
Таблиц! В. Оокюяыеехаш прокатки вабяюмквп^
Схема прокат- ка I калибр (бочка) В (1 калибр саитовка) Ш ка- либр (кав- товка) IV ка- либр (кав- тевка) Vxa- Число проходов
либр (кав- тонка} по 1 «н на "В Веете
I 1Д3.4 5, ,6,7,8 9 5 4 9
U 1,2 3. .4,5,6 7,0 9 — 4 $ 9
Щ 1ДХЗ,4,5,6 7. 3,9,10 11 — — 6 5 11
IV 1,2X3,4,5,6 7, ,8x9,10 11 — |— 5 6 11
V 1^.4 5. .6.7,0 9,10 И — 6 5 И
VI 1,2X3,4 5. .6.7,8 9,10 11 — 7 4 11
VII 1,2X3,4,5,6 7 ,8,9,10 11,12 13 — 1 6 13
УШ 1,2X3,4,5,6 7. ,8x9,10 11,12 13 — 6 1 13
IX 1,2,3,4,5,6 7 .8,9,i0 11,12 13 — 8 5 13
X 1,2X3,43,6,7,0 9 ,10,11,12 13 — — 6 7 13
X! 1,2,3,4X5,6,7,11 9 ,10,11,12 13 — — 8 5 13
XII 1,2X3,4,5,6X7,0 9 ,10X11,12 13 — — 6 9 13
XIII 1,2X3,43,6,7,0 9 ,10,11,12 13,14 13 — 7 8 15
XIV 1,2,3,4X5,6,7,0 9 ,10,11,12 13,14 15 — 9 6 15
XV 1,2X3,4,5,6 7 ,8,9,10 11,12 13,14 15 8 7 15
XVI 1,2X3,43,6X7,0 9 ,19X11,12 13,14 13,16 17 8 9 17
XVII 1,2,3,4X5,6.7,8 9 ,10,11.12 13,14 15,16 17 10 7 17
XVIII 1,2,3,4X5,6.7,0 9,10X11,12 13,14 15,16 17 9 8 17
•Знак х обозначит кантовку.
т,е. в этом случае пя 6, пв = 7. Согласно схеме VII получим пя 7,
ri5 - 6, что соответствует расчетному количеству проходов в рассмат-
риваемом примере. Для некоторых из приведенных схем характерно
шачительное различие в количестве проходов по сторонам И и В,
что может иметь место при использовании слитков прямоугольного
ечения с большей разностью сторон или при прямоугольном сечении
прокатываемых блюмов,
Расчет предварительного режима обжатий
В соответствии с принятой схемой прокатки и установленным по-
рядком кантовок производится расчет размеров сечения раската в
к аждом проходе. Для этого необходимо в каждом проходе определить
величину уширения при заданной величине обжатия иля Дйя.
Уширение рассчитывают по формулам А.П. Чекмарева, Б.П. Бахтинова,
кривым А.Ф. Головина и др. формулам, рассмотренным в теории про-
катки.
При расчете предварительного режима обжатий возможен упрощен-
ный подход к определению уширения, принимая показатель уширения
каждом проходе по следующему приближенному выражению
117
bblbh = 0,02 JV,
(120)
где N - номер прохода.
В первых двух проходах уширение можно принять равным нулю
в каждом проходе, так как в этих проходах происходит уплотнение
металла. Рассчитанную величину уширения в последующих проходах
обычно округляют до ближайшего значения, кратного 5 мм.
При расчете предварительного обжатия определяются размеры се-
чения раската по проходам и углы захвата в каждом проходе. Резуль-
таты расчета предварительного режима обжатий для рассматриваемого
примера прокатки блюма 320 X 300 мм приведены в табл. 9.
Данные расчета предварительного режима обжатий используются
для проведения корректировки обжатий по проходам с целью получе-
ния заданных размеров блюма и обеспечения правильного заполнения
калибров металлом. В приведенном расчете требуется небольшая кор-
ректировка, т.к. полученная высота блюма 330 мм ва 10 мм больше
заданной, а ширина - на 5 мм меньше. Необходимо в проходах по сто-
роне Н (1,2,7,8,10,13) увеличить суммарное обжатие на 10 мм и в од-
ном из проходов по стороне В (3,4, 5, б, 11,12) уменьшить обжатие на
5 мм. Это можно сделать, например, в 1-ом и 2-ом проходах, приняв
ДЛн= 85 мм, и в 12-ом проходе, приняв Дйд= 90 мм.
Данные расчета углов захвата показывают, что во всех проходах
величина угла захвата не превышает максимально допускаемое зна-
чение. Так как изменение обжатия при корректировке невелико,
это мало повлияет на угол захвата и величину уширения.
Возможно, что в результате расчета предварительного режима об-
жатий будет получено более значительное отклонение рассчитанных
размеров блюма Й и В от заданных hK и Ьк, В этом случае нужно опре-
делить разность размеров по высоте И- h* и по ширине В - Ьк, и, если
разность окажется положительной, увеличить обжатия в нескольких
проходах по стороне И на величину, в сумме равную разности Н-Ьц,
а также в нескольких проходах по стороне В на величину В - Ьк. Если
разность рассчитанных и заданных размеров будет отрицательной,
то обжатия по соответствующей стороне нужно уменьшить. После
этого нужно пересчитать размеры сечения раската во всех проходах,
получить заданные конечные размеры блюма и проверить величину
углов захвата. При небольшом изменении обжатий величину ушире-
ния не корректируют.
При корректировке режима обжатий следует обратить внимание на
правильное запониение калибров металлом в тех случаях, когда при
4-х проходах в калибра предусматривается промежуточная кантовка
раската (см. схемы IV, VIII, XII, XVI, XVIII табл. 8). Заполнение калибра
до и после кантовки раската не должно изменяться более чем на
118
Таблиц* 9. Предвцпвеплы*ремыобхвяйпр»продетобпи*а32в *Э10мм
на бпимквге 1250
Номер калиб- ра Номер Обжи- Вели- прохо- маемая чипа де сторо- обжа- Размеры сече- Глуби- Китаю- Угол Величина ушире- ния, мм
ИИ, мм иавре- -за ручья, мм щий диа- метр, мм захва- та
Я В
на пи, мм
0 820 790
1 1 Я 80 740 790 77,5 970 23,5* 0
2 И S0 660 790 0
Кантовка
3 В 95 695 665 25,5* 5
4 В 95 600 670 5
5 Р 95 505 680 10
6 В 95 410 690 10
Кантовка
II 7 И 80 610 420 102,5 920 24* 10
» Н 80 530 430 10
9 Я 80 450 «5 13
10 Я 80 370 460 15
Кантовка
Ш 11 В 95 365 390 02,5 340 26' 20
12 В 95 270 410 20
Кантовка
IV 13 Я 00 330 295 02,5 960 23,5* 25
50-60 мм, учитывая, что самый узкий раскат не должен быть уже
ширины по дну ящичного калибра, а самый широкий раскат не должен
переполнять калибр.
Уточнив размеры сечений раската в каждом проходе, можно выб-
рать соответствующие размеры ширины калибров, чтобы обеспечить
правильное заполнение. Ширину I калибра (бочки) выбирают в зави-
симости от ширины слитка и прокатываемых слябов в сортаменте стана.
Для рассматриваемого примера принимаем ширину 1 калибра равной
850 мм по дну и 900 мм у разъема. При зазоре между валками s 15 мм
и глубине вреза ручья I калибра Лвр1 77,5 мм высота калибра будет
равна
НК1 - s + 2hBpI - 15 + 2-77,5 - 170мм.
Следовательно, размеры I калибра позволяют прокатывать слябы
минимальной толщины 170 мм и максимальной ширины 750-800 мм,
119
Таблиц* 10. Рвжшовжпя*вабижшюге 1250прп прокаткебжюмсз320X300мм
Номер кагжбра ж его размеры Як ХЛд/Врр Номер Обжим*- Размеры сечения, Величи- на обжа- гея, мм Величи- не уши- рения, мм Показа- ния цж- фербла- та Я-Як
прохо- «ЛЯ мм
ва Я В
I 0 1 я 820 735 790 790 85 0 565
170Х850/9И 2 и 650 790 85 0 480
3 К1ВТСТК4 В 695 655 95 5 525
4 В 680 660 95 5 430
5 в 505 670 95 10 335
б в 410 680 95 10 240
П 7 Кантовка И 600 420 80 10 380
220 X 415/465 8 Я 520 430 80 10 300
9 я 440 445 80 15 220
10 я 360 460 80 15 140
Ш 11 Кантовка В 365 380 95 20 165
200 X 365/405 12 В 275 400 90 20 75
IV 180 X 275/305 13 Кантовка Я 320 380 80 25 140
Ширина II калибра по дну должна обеспечить прокатку с защемле-
нием самого узкого раската, а ширина калибра у разъема должна быть
на 5-10 мм больше ширины самого широкого раската. Принимаем
ВД2 = 415 мм, Вцр3 я 465 мм, При глубине вреза %2 = 102,5 мм уклон
боковых стенок II калибра будет равен
«“>!!!
2hBps 2-102,5
Высота II калибра при зазоре между валками s = 15 мм будет равна
Нкз - s + 2Ьф = 15 + 2-102,5 - 220мм,
В Ш калибр поступает раскат шириной 360 мм и за два прохода по-
лучает уширение 40 мм. Ширину Ш калибре по дну принимаем равной
Вдз = 365 мм, а у разъема - Яврз 405 мм. При глубине вреза hBp3 =
120
- 92,5 мм уклон боковых стенок Ш калибра будет равен 22 %, высота
III калибра равна 200 мм.
IV калибр является чистовым, выпускающим калибром, в нем
производится только один проход. Ширину IV калибра принимаем по
яку ж 275 мм, у разъема - Ввр4 = 305 мм. У клон боковых стенок
будет равен 18 %, высота калибра - 180 мм.
После проведения корректировки режима обжатий и определения
требуемых размеров калибров составляется окончательная таблица
режима обжатий при прокатке блюмов требуемого размера (табл. 10).
Показания циферблата на клети блюминга определяются как разность
нысоты сечения раската в данном проходе и высоты калибра при
начальном зазоре между валками (s = 15 мм). Эти данные используются
операторам блюминга для установки валков перед каждым проходом.
Размещение калибров на валках и построение
калибровки валков
Применяют расположение первого калибра посредине бочки валка
или у края бочки (рис. 73). При размещении первого калибра посреди-
не бочки максимальные нагрузки, имеющие место при прокатке в
первом калибре, более равномерно распределяются на обе шейки
палка, равномерно изнашиваются подшипниковые опоры валков.
Обычно в первых проходах интенсивно осыпается окалина со слитка.
При удалении первого калибра от края бочки уменьшается вероятность
попадания окалины на шейку валка, повышается стойкость подшип-
ников. Однако при этом последующие калибры размещаются по обе
стороны от первого калибра, увеличиваются паузы на перемещение
раската вдоль бочки валка для задачи в последующие калибры. Поэ-
тому этот вариант расположения первого калибра применяют только
при большом объеме слябов в сортаменте стана. Чаще всего первый
hr. 73. Схемы расположения калибров м валках блюминга:
а - размещение 1 калибр» у края бочки я последовательное расположение калибров;
б - размещение I калибра посредине Бочки и симметричное расположение остальных ка-
либров
121
калибр располагают у края бочки, а последующие калибры размещают
на бочке валка один за другим по ходу прокатки. Кроме первого ка-
либра, на бочке валка нужно расположить 3-4 ящичных калибре ши-
риной 150-500 мм с глубиной вреза ручья 80-ПО мм. Длина бочки
валка на блюминге составляет 2500-2800 мм. Пря размещении калиб-
ров на валках принимают крайние бурты шириной 80-110 мм. Ширину
промежуточных буртов принимают равной (0,75-0,9) йвр. Чтобы обес-
печить большую устойчивость раската на рольганге, а также чтобы
компенсировать уширение при прокатке в последующем калибре,
II и III калибр выполняют с выпуклым дном. Если после блюминга
раскат поступает на непрерывно-заготовочный стан, то и в чистовом
калибре применяют выпуклость дна. Обычно величина выпуклости не
превышает 2,5-5 мм.
Закругления угпов 1 калибра выполняют у дна радиусом г = 40 +
+ 50 мм, у буртов - rt = 35 * 40 мм. В остальных калибрах г = (0,08 +
* 0,1) В-, но ив более 35 + 40 мм.
Прокатку на блюминге ведут с нижним давлением, что предохра-
няет станинные ролики от ударов выходящего из валков переднего
конца раската. Для этого диаметр нижнего валка выполняют на 10 мм
больше диаметра верхнего валка. На новых станах с индивидуальным
приводом валков нижнее давление обеспечивают не за счет разности
диаметров валков, а путем автоматизации электропривода таким об-
разом, что частота вращения нижнего валка устанавливается примерно
на 1 % больше частоты вращения верхнего валка. При этом достига-
ется экономия валков, а разность окружных скоростей на нижнем и
верхнем валках при одинаковых диаметрах валков соответствует
обычно получаемой разности скоростей валков при нижнем давлении
ДО» 10 мм.
На рис. 74 приведена калибровка валков блюминга 1250 с располо-
Рис. 74. Расчетная калибровка валков блюминг» 1250
122
жением 1 калибра у края бочки валка и последовательным расположе-
нием остальных ящичных калибров, рассчитанная для прокатки блю-
мов 320 X 300 мм и предусматривающая возможность прокатки блюмов
210 х 210 мм и слябов 170 х 750 мм.
6. Особенности режима обжатий при прокатке слябов
При производстве слябов на блюмингах или на блюмингах-слябингах
основное количество проходов выполняется в 1 калибре - на бочке.
Лля получения требуемой ширины сляба и ровной катаной кромки
применяют прокатку сляба на ребро но П-IV ящичных калибрах после
того, как на бочке будет получена толщина раската, соответствующая
ширине II-IV калибров. При прокатке в ребровом положении устойчи-
вость раската в калибре обеспечивается линейками манипулятора,
удерживающими раскат в процессе прокатки. Число ребровых прохо-
дов обычно два, иногда один или три. Последние два-три прохода
выполняются на бочке.
Для примера рассмотрим режим обжатий при прокатке слябов на
блюминге 1300. Калибровка валкой приведена на рис. 75. Для полу-
чения слябов 150-200 X 1200-1320 мм используется слиток сечением
1490 X 730 мм, массой 14,5 т. Принятая схема прокатки предусматри-
вает получение широкой стороны сляба из стороны сечения слитка
h0 = 1490 мм. Первые два прохода производятся на бочке при ребро-
вом положения слитка, затем производятся кантовка и прокатка на
бочке ’’плашмя” до толщины, соответствующей ширине III калибре.
Раскат кантуют и в ребровом положении производится два прохода
в Ш ящичном калибре с обжатием боковых граней до получения тре-
буемой ширины сляба. Последние три прохода снова выполняются на
Рж. 75. Калибровка валков блюминга 1300
123
Таблица И. Режим обжа™* при проклка ва бяпынв. J1301 сляба 15* х 1220 мм
Номер калибра него размеры »кхвд/Явр Номер прохо- да Обжи- маемая сторона Сечение раската, мм Ушире- ние, мм Показа- ния ци- ферблата
Я В
0 1490 730
I (бочка) 1 Н 1610 730 80 0 1270
140 X1675/1725 2 н 1340 735 70 5 1230
Кантовка
3 в 670 1340 65 0 530
4 л 610 1345 60 5 470
5 в 555 1355 55 10 415
6 в 500 1365 55 10 360
7 в 445 1375 55 10 305
8 в 390 1385 55 10 250
9 в 335 1480 55 10 195
10 в 280 1420 55 20 140
Кантовка
Ш 11 я 1300 290 120 10 1100
280 Х290/315 12 я 1190 310 110 20 990
Кантовка
1 (бочка) 13 я 250 1200 60 10 110
140 X 1675/1725 14 в 280 1210 50 10 60
15 в 150 1220 50 10 10
бочке. Режим обжатий при прокатке спяба 150 X 1220 мм на блюминга
1300 приведен в табл. 11.
При производстве слябов на слябингах основное обжатие по тол-
щине спяба выполняется горизонтальными валками, кроме того,
в горизонтальных валках может производиться несколько проходов
при ребровом положении слитка для устранения конусности, удале-
нии окалины с его больших граней и получения требуемой ширины
раската. Для этого обычно используют первые 2-4 прохода. Вертикаль-
ные валки обжимают раскат с боковых сторон для получения точного
размера по ширине спяба и ровной боковой поверхноств. Обжатие
вертикальными валками позволяет поддерживать постоянный размер
по ширине спяба в процессе прокатки, компенсируя уширение, обра-
зующееся при обжатии горизонтальными валками. При прокатке ши-
роких слябов величина максимальных обжатий за проход, как прави-
ло, ограничивается не условиями захвата, а прочностью валков или
деталей линия привода, а также мощностью электропривода. Поэтому
124
Таблице 12. Режим обжати* при проасада сляб* 155 к 1245 мм
720X1320
и алию 710Х 13я" Х 104 °* еля®ипге Ч®
Номер прохо- да Прокатка в вертикальных валках Прокатка в горизонтальных валках
Размеры еечевия поло- сы, мм Обжа- тие, мм Римеры еечевия полосы, мм Обжатие, мм Уширение, мм
я В Я В
18 720ЛМ 1300 20/50
1Г 665 1315 55/115 15
2в 617 1320 48 5
2г 617 1300 20
Зв 617 1280 20
Зг 568 1285 49 5
4г 518 1291 50 6
4в 518 1280 11
Зв 518 1260 20
5г 470 1266 48 6
6г 420 1274 50 8
6в 420 1260 14
7в 420 1245 15
7г 380 1251 40 6
!г 332 1259 48 8
Sb 332 1245 14
9в 332 1245 0
1г 280 1256 52 11
!0г 230 1268 50 12
!8в 234) 1245 23
11г 190 1256 48 И
12г 155 1267 35 11
12в 155 1245 22
13в 155 1245 0
13г 155 1245 0 0
аеличина применяемых абсолютных обжатий на слябингах значительно
меньше, чем на блюмингах, а количество проходов возрастает. Приме-
няемый режим обжатий на слябинге 1150 при получении сляба
155 X 1245 мм из слитка массой 15,8 т представлен в табл. 12.
7. Скоростной режим прокатки
Блюминги и слябинги являются реверсивными станами. В течение
каждого прохода частота вращения валков изменяется; происходит
разгон валкон до момента захвата полосы, затем идет прокатка с уско-
рением, при этом частота вращения валков может достигать макси-
125
малый возможных значений по технической характеристике электро-
привода, затем происходит уменьшение частоты вращения валков,
вплоть до остановки. Последовательность изменения скорости враще-
ния валков повторяется при изменении направления вращения на
противоположное. На рис. 76 представлены основные схемы изменения
частоты вращения валков за проход: треугольные (I, II) и трапецеидаль-
ные (III, IV). В треугольной схеме 1 можно выделить следующие отрез-
ки времени: тр - время разгона валков без раската, в течение которого
частота вращения валков изменяется от 0 до п3, при которой происхо-
дит захват полосы валками; ту - время ускорения валков вместе с
раскатом при изменения частоты вращения от ла до пи - максималь-
ной скорости вращения; т3 - время прокатки с замедлением частоты
вращения валков от пм до пв, при которой происходит выброс полосы
из валков; т0 - время остановки валков с уменьшением частоты вра-
щения от пв до 0. Машинное время прокатки в этом случае склады-
вается из времени прокатки с ускорением и времени прокатки с за-
медлением валков:
^маш = ту + т9- (121)
Возможно, что выброс полосы из валков будет происходить при
максимальной частоте вращения валков: пв = пм. В этом случае т3 = 0
и машинное время будет равно только времени прокатки с ускоре-
нием (схема II).
Трапецеидальная схема III отличается тем, что в процессе прокатки
с ускорением достигается максимальная по техническим возможностям
электродвигателя или по технологическим соображениям частота вра-
щения валков, и дальнейшая прокатка происходит при постоянной
максимальной частоте вращения валков в течение отрезка времени
Тп, а затем происходит снижение частоты вращения валков так же,
как и при треугольной схеме. Машинное время прокатки будет ревно
тмаш и Ту + Тп + (122)
При лв = пм будет иметь место трапецеидальная схема IV, при которой
Тмаш = Ту + тп. (123)
Возможность практической реализации той или иной схемы изме-
нения частоты вращения валков в течение прохода зависит от длины
раската. При коротком раскате в первых проходах может быть реали-
зована только треугольная схема (часто при пв < п^, так как корот-
кий отрезок времени ту не позволяет достигнуть значения При
длинном раскате увеличение времени ту позволяет достигнуть мак-
симально допустимой частоты вращения валков и вести прокатку в
течение некоторого отрезка тп на максимальной скорости и далее с
126
Рис. 76. Схемы изменения частоты вращения валков м проход:
1, И- треугольные;Ш,1У -трапецеидальные
замедлением в течение т» Практически такая возможность появляется
после первых двух проходов. При расчете скоростного режима про-
катки на блюминга на выбор конкретвой схемы изменения частоты
вращения валков в каждом прохода оказывают влияние следующие
соображения.
При коротком раскате возможна одна из треугольных схем - 1 или
11. Схема 1 позволяет снизить скорость раската к концу прокатки,
раскат недалеко отходит от валков, сокращается время на возврат
реската к валкам при реверсе стана. В тех случаях, когда короткий
раскат после прохода необходимо кантовать, применяют П треуголь-
ную схему. Выход раската из валков при максимальной скорости в
данном проходе позволяет подать раскат к кантовальным крюкам на
линейках манипулятора, которые находятся на значительном расстоя-
нии от валков. При длинном раскате применяют трапецеидальную
i хему III типа. В последнем проходе, когда раскат направляют к МОЗ
и далее к ножницам, применяется схема IV типа. Расчет скоростного
режима прокатки должен определить такие скорости, которые позво-
ляют прокатать слиток за минимальное время и, соответственно, полу-
чить максимальную часовую производительность стана.
127
Определим составляющие машинного времени прокатки.
Время прокатки с ускорением равно
(124)
где а - угловое ускорение вращения валков со слитком. Для новых
двигателей величина а составляет 30 об/мин/с.
Время прокатки с замедлением равно
где b - угловое замедление вращения валков со слитком (Ь
= 60 об/мин/с).
Для определения времени прокатки с постоянной скоростью необ-
ходимо сначала определить длину прокатанных участков за каждый
из отрезков машинного времени ту, ts и тп “ и Длина всего рас-
ката равна в каждом проходе
где V - объем металла; b и h - размеры сечения раската на выходе из
валков; 0,97 - коэффициент, учитывающий закругления углов сечения.
Объем металла равен V - С/у, где G - масса слитка; у - плотность
горячего металла.
Плотность металла в первых проходах увеличивается. Для кипящей
стали в первом проходе можно принять у = 6,8, но втором - 7,2, в
третьем и всех последующих проходах - 7,5 т/м3. Для слитка спо-
койной стали плотность в первом проходе у = 7Д во втором - 7,4,
в остальных проходах - 7,5 т/м3.
Участок 1У, прокатанный за время Ту, со средней скоростью враще-
ния валков Пср.у = (п3+ п^/2, будет иметь длину
Аналогично получим выражение для определения длины участка,
прокатанного за время замедления валков:
(1Я>
Длина участка, прокатанного с постоянной скоростью, будет равна
. 1 - - I, . I - („J - ф, (129)
Время прокатки этого участка равно;
601п 601 n£-ng
пСк”м яСкпм 20 оп^ ibn^
(130)
Машинное время прохода равно
+ 601 "м-"» /. _ "м+яз \
“' 7 3 " "Ас"». “V 2пм /
(131)
При отсутствии участка, прокатанного с замедлением (схема ГУ),
машинное время будет равно
_ х т а> х
(132)
Вели частота вращения валков изменяется по треугольной схеме 1
(тп = 0), машинное время будет равно
При схеме П
Для расчета машинного времени прокатки по схемам 1-LV при ис-
пользовании формул (131)-(134) необходимо сначала определить
максимально достигаемую частоту вращения валков при определенной
длине раската! и заданной частоте вращения валков п3 и пв.
Для схемы 1
откуда
При а = 30 об/мин/с, b = 60 об/мин/с получаем
(135)
(136)
129
Для схемы П
(137)
При а = 30 об/мин/с будем иметь
пм J nDK + 3400 '
(138)
Таким образом, при определении машинного времени прокатки в каж-
дом проходе тиаш сначала необходимо по формулам (136) или (138)
определить максимально достигаемую частоту вращения валков
пм при заданной длине раската I и частоте вращения валкон при зах-
вате п3 и выбросе лв. Если полученное значение пн не превышает
ограничений по техническим возможностям привода или по техноло-
гическим соображениям, то прокатке ведется по выбравной треуголь-
ной схеме 1 и И, а машинное время рассчитывается по формулам (133)
или (134).
Если расчетное значение максимальной частоты вращения валков
превышает допустимую nwn, то прокатка ведется по трапецеидальной
схеме III или IV, а машинное время рассчитывается по формулам (131)
или (132) при п = лдап.
При выборе значений л, и ля рекомендуется принимать: в I калибра
в проходах без кантовки п, = 10 + 15 об/мин, пя «15 + 20 об/мин, в про-
ходах с кантовкой л,= 10 + 15 об/мин, пв = пы, = 50 об/мин; во 11 и
III калибрах в проходах без кантовки ns = 15 * 30 об/мин, лв = 20 +
+ 40 об/мин, в проходах с кантовкой п3 = 15 + 30 об/мин, лв * лм,
но не выше 50 об/мин, лдоп = 60 + 70 об/мин; в IV, V калибрах (выпуск-
ных) п3 = 30 + 40 об/мин, лв = лм, пдап = 80 + 100 об/мин.
Для определения полного времени прокатки одного слитка Т (так-
та прокатки) необходимо выполнить расчет вспомогательного време-
ни пауз между проходами. В проходах без кантовки время паузы,
необходимой для остановки и реверса валков и рольгангов, .работы
нажимного устройства, можно определить по следующей эмпири-
ческой формуле, полученной путем статистической обработки прак-
тических данных вспомогательного времени на различных блюмингах:
Твен = 0,345 + 0,781 v^, (139)
где v'ep = 1/гм, м/с - средняя скорость прокатки в проходе перед паузой.
В проходах без кантовки время паузы обычно составляет 1,5-2,5 с.
Время паузы в проходах с кантовкой определяется по следующей
формуле:
130
131
твеп = 4,24 - 0,611 Vq,. (140)
Паузы в проходах с кантовкой обычно находятся в пределах 2,5-
33 с.
Пауза после последнего прохода перед задачей следующего слитка
обычно больше остальных пауз, так как необходимо выполнить значи-
тельный подъем верхнего валка для установки требуемого раствора
валков в I калибре. Время подъема верхнего валка определяется
расчетом по формуле
ли »мж
(141)
где АН - разность показаний циферблата при прокатке в первом и
последнем калибрах, мм; - скорость перемещения верхнего валка
при работе нажимного устройства, мм/с; и - ускорение при переме-
щении верхнего валка (u = 100-150 мм/с3).
В табл. 13 приведен скоростной режим прокатки на блюминге 1250
блюма 320 х 300 мм из слитка массой Юти результаты расчета машин-
ного времени и пауз по проходам в соответствии с режимом обжатий,
приведенным в табл. 10.
Такт прокатки одного слитка определяется как сумма машинного
времени и времени вспомогательных операций по всех проходах:
/ = 2 тммп + 1- твсп + тел- (142)
Производительность блюминга в горячий час по слиткам будет рав-
на (1): П= 3600/Т- С, т/ч, где G - масса слитка; 3600/Г- число прока-
танных слитков за один час.
При прокатке блюма 320 X 320 мм такт прокатки будет равен
Г = Е ти + Z <• тш = 34,01 + 26,91 + 4,13 = 65,05с.
Часовая производительность составляет
8. Особенности двухслитковоя прокатки
В 1957 году впервые на заводе им. Дзержинского была освоена новая
технология двухслитковой прокатки, которая за короткое время вошла
в практику работы многих отечественных и зарубежных металлур-
гических предприятий. Отличие новой технологии заключается в том,
что в каждом прохода один за другим прокатывают два слитка (без
зазора или с небольшим зазором). При этом как бы вдвое увеличи-
132
паются длина прокатываемого слитка и его масса. Такт прокатки
сокращается за счет уменьшения почти вдвое вспомогательного вре-
мени, затрачиваемого на один слиток.
Дальнейшим развитием новой технологии явилась одновременная
прокатка трех слитков. На рис. 77 представлены применяемые на
практике схемы изменения частоты вращения валков при двухслитко-
вой прокатке. Захват первого слитка валками осуществляется при
скоростных условиях, не отличающихся от однослитковой прокатки.
Затем происходит прокатка первого слитка с ускорением вращения
иалков до частоты пм и прокатка с постоянной скоростью, при кото-
рой первый слиток выходит из валков (схема а), а валки захватывают
второй слиток, который следует за первым практически без зазора.
Прокатка второго слитка происходит при максимальной скорости вра-
щения валков, к концу прокатки скорость снижается до пВ2, при ко-
торой второй слиток выхолит из валков, происходит остановка валков.
Бели расчленить схему а на два периода, относящиеся ко времени
прокатки первого слитка Tt и второго - Т2, и сравнить эти части схемы
рассмотренными ранее треугольными и трапецеидальными схемами
изменения частоты вращения валков при однослитковой прокат-
ке (рис. 76), то можно заметить, что период Т, не содержит отре-ка
времени т81 прокатки с замедлением и вспомогательного времени 01
остановки валков, а период Т3 ие содержит отрезка времени разюна
валков тра и прокатки с ускорением туа. Происходит сокращение
вспомогательного времени прокатки, а также сокращение машинного
времени за счет прокатки с максимальной скоростью.
При максимальной скорости вращения валков не всегда обеспе-
(ивается надежный захват второго слитка. В этом случае применяют
схему изменения частоты вращения валков, приведенную на рис. 77, б.
К концу прокатки первого слитка частоту вращения валков снижают
до лВ1, первый слиток выходит из валков и при этой же скорости
происходит захват второго слитка (л5а = лЯ1). При этой схеме по срав-
нению с однослитковой прокаткой исключается вспомогательное вре-
133
мя остановки валков toi и разгона валков tp2 до скорости nsa, при
которой происходит захват второго слитка.
Режим обжатий по проходам при двухслитковой прокатке не изме-
няется по сравнению с однослитковой. Первые кантовки, когда рас-
каты короткие, приводят одновременно. С увеличением длины рас-
катов оба раската ие размещаются одновременно на крюках кантова-
теля. Вначале кантуют и задают в валки один раскат, после чего кан-
туют и прокатывают второй раскат.
Отмеченные особенности двухслитковой прокатки позволяют по-
высить производительность блюмингов на отдельных профилях до
15-30%. В.А. Токарев показал, что при переходе на многослитковую
прокатку изменение производительности обжимного стана определя-
ется следующим выражением:
где N - количество одновременно прокатываемых слитков (Л> = 2; 3);
к, та/Та - соотношение времени пауз и времени такта при однослитко-
вой прокатке; ty/tj - соотношение времени пауз при многослитковой
и однослитковой прокатке.
Из приведенного выражения видно, что если время пауз при много-
слитковой прокатке увеличится менее чем в N раз, то это приводит
к повышению производительности обжимного стана. По практическим
данным кх = 0,46 + 0,75, при двухслитковой прокатке та/т1 = 1,35 + 1,46.
что соответствует повышению производительности на 15—30 %.
Поскольку при многослитконой прокатке увеличивается доля ма-
шинного времени и сокращается время пауз в общем цикле прокатки,
возрастает среднеквадратичный момент нагрузки электродвигателей
главного привода. Кроме того, повышаются динамические нагрузки
в линии привода в момент захвата, а также при соударениях слитков.
Поэтому внедрение технологии многослитковой прокатки возможно
при наличии некоторого резерва мощности главного привода и проч-
ности линии привода.
При многослитковой прокатке увеличивается время пребывания
раската на рольгангах в процессе обработки, сопровождающееся до-
полнительными потерями тепла и некоторым снижением температуры
поверхности раската. Хотя при этом не происходит заметного снижения
средней температуры раската, неравномерность распределения темпе-
ратуры по сечению ухудшает условия деформирования и при прокатке
малопластячных сталей и сплавов может быть причиной образовании
дефектов.
134
9. Дефекты блюмов и слябов
Елюмы и слябы являются полупродуктом для дальнейшей прокатки
и получения сортовых и листовых профилей. Неустраненные дефекты
блюмов и слябов обнаруживаются на готовых профилях и переводят
их в брак, снижается выход годного проката.
Дефекты блюмов и слябов разделяются на две группы: дефекты
сталеплавильного производства, образующиеся при выплавке, разлив-
ке и кристаллизации слитков; дефекты прокатного производства,
возникающие при нарушениях технологических процессов при нагреве
и прокатке слитков на блюмингах или слябингах.
Рассмотрим основные виды дефектов блюмов и слябов и причины
их происхождения.
Раскатанные трещины являются дефектом, наиболее часто встре-
чающимся на поверхности блюмов и слябов. Продольные трещины
могут располагаться по всей поверхности блюмов и слябов, но чаще
всего обнаруживаются на боковой поверхности и углах раската. Глу-
бина трещин достигает 5-30 мм. Продольные трещины могут иметь
как сталеплавильное, так и прокатное происхождение. Разливка пе-
регретого металла, нарушение оптимальной скорости разливки и сте-
пени раскисления стали, некачественная поверхность и плохая смазка
изложниц, резкий перепад температур по сечению слитка из-за быстрого
-X паждения или нагрева могут быть причинами появления трещин
как на слитках, так и в процессе прокатки на блюмах и слябах. Трещи-
ны, образовавшиеся до прокатки на слитках, полностью сохраняются
и углубляются на блюмах и слябах, имеют окисленную и обезуглеро-
женную поверхность. Нарушения режима обжатий и кантовок раската,
температурного режима нагрева и прокатки, а также охлаждения
прокатного металла могут быть причиной образования трещин на блю-
мах и слябах, особенно при обработке малопластичных высокоугле-
родистых и легированных сталей.
Поперечные трещины блюмов и слябов обычно имеют сталеплавиль-
ное происхождение при выпуске переокисленного металла. Трещины
образуются на слитках во время кристаллизации металла в изложницах
в результате зависания слитков. Причиной образования поперечных
трещин может быть также быстрый и неравномерный нагрев слитков
в колодцах, перегрев и пережог металла. При прокатке слитков с по-
теречными трещинами образуются рванины на поверхности блюмов и
слябов, имеющие разнообразные очертания. Иногда образуются круп-
ные разрывы в результате раскрытия внутренних трещин. Полость со
глаженными и окисленными стенками, глубоко проникающую внутрь
слитка, называют скворечником.
Трещины на поверхности блюмов и слябов могут иметь извилистые
135
очертания, различное направление и величину. Такие трещины воз-
никают в результате термических напряжении в металле, особенно
они характерны для высоколегированных сталей. Если подкорковые
газовые пузыри располагаются близко к поверхности слитка, то в
процессе нагрева может произойти окисление их поверхности, в ре-
зультате чего они не завариваются, могут выйти на поверхность рас-
ката в процессе прокатки. Раскатанные пузыри имеют вид мелких,
прерывистых трещин с окисленной, обезуглероженной поверхностью,
вытянутых по направлению прокатки, располагающихся обычно груп-
пами. Эти дефекты образуются во время прокатки, но чаще всего имеют
сталеплавильное происхождение.
На поверхности блюмов или слябов могут быть обнаружены включе-
ния шлака, песка, огнеупоров. Загрязнение металла может произойти
не только при выплавке или разливке, но и при нагреве слитков в
колодцах. Прокатка такого металла приводит к образованию дефекта
раскатанное загрязнение.
Плены на поверхности блюмов и слябов имеют вид тонких плоских
наслоений с окисленной, обезуглероженной поверхностью. Образова-
ние плен связано с заплескали металла на стенки изложницы, брызга-
ми, особенно при разливке сверху, плохой очисткой изложниц. При
прокатке на валках с грубой насечкой или при сильной выработке ка-
либров возможно появление плен прокатного происхождения.
Закат является дефектом прокатного происхождения. По внешнему
виду он похож на продольную трещину, но обычная трещина прони-
кает в тело металла под прямым углом, а трещина заката располага-
ется наклонно к поверхности блюма или сляба. Закат образуется при
обжатии резких выступов или углублений на поверхности раската,
например, при вдавливании в поверхность заусенцев, образовавшихся
вслелствие переполнения предыдущего калибра. Образование закатов
связано с неправильной настройкой стана, неточным направлением
раската в калибр, нарушениями установленного режима обжатий или
несовершенством калибровки валков. При неправильной задаче рас-
ката в калибр он может частично обжиматься буртами валков с обра-
зованием зарезов и подрезов профиля, которые при последующей
прокатке дают глубокие закаты.
При обрези концов раската на ножницах может быть неполностью
удалена усадочная раковина и рыхлость слитка со стороны прибыль-
ной части или дефектная часть слитка со стороны донной части. Металл
в области усадочной раковины не сваривается, в результате образу-
ется расслой. Обычно дефект обнаруживается визуально в торце рас-
ката и блюм или сляб подвергают дополнительной обрези.
Готовые блюмы могут иметь такие дефекты геометрии профиля,
как косина или ромбичность сечения, разносторонность, выпуклость
136
'раней, продольные выступы (усы), скручивание (поворот сечения)
по длине раската. Эти дефекты прокатного происхождения возникают
из-за перекоса или смещения валков, нарушения условий устойчи-
вости раската на гладкой бочке и в калибрах, неправильного выбора
ширины и выпуска калибров, неравномерного нагрева металла, боль-
шой выработки калибров и др.
Кроме дефектов поверхности и геометрии профиля, блюмы и слябы
могут иметь внутренние дефекты в виде трещин и газовых пузырей,
которые обнаруживаются при последующая прокатке на сортовых и
листовых станах. Причиной образования внутренних трещин являются
напряжения, возникающие в процессе прокатки при неравномерной
деформации, а также термические напряжения в металле, возникающие
в процессе охлаждения после прокатки (трещины напряжения). Для
предупреждения образования трещин напряжения нужно применять
замедленное охлаждение блюмов и слябов в штабелях, в ямах, в
отапливаемых и неотапливаемых колодцах. Некоторые стали мартен-
ситного и перлитного классов проявляют повышенную склонность к
образованию мелких внутренних трещин - флокенов. Появление фло-
кенов связано с выделением растворенного в горячем металле водо-
рода, который при быстром охлаждении проката не успевает выде-
литься из металла путем диффузии. Для предупреждения образования
флокенов в блюмах и слябах необходимы специальные режимы нагре-
ва слитков и замедленного охлаждения проката.
Для предотвращения дефектов блюмов и слябов необходимо соб-
людать оптимальные технологические режимы как в сталеплавиль-
ном, так и в прокатном производстве. Поверхностные дефекты слит-
ков по возможности необходимо удалить до прокатки, что можно
осуществить, если слиток полностью охлаждается. Однако при холод-
ном всаде слитков резко снижается производительность нагреватель-
ных колодцев, возрастает расход топлива и угар металла в колодцах.
Поэтому часто предпочитают слитки не ремонтировать и иметь горя-
чий всад в колодцы, а поверхностные дефекты удалять на МОЗ путем
сплошной зачистки раската. Такой путь ведет к большому угару ме-
талла и применяется при прокатке нелегированных углеродистых и
низколегированных сталей. При прокатке высококачественных угле-
родистых и легированных сталей сплошная зачистка на МОЗ нецеле-
сообразна. Охлаждение, ремонт, холодный всад слитков и последующая
выборочная зачистка блюмов и слябов дают лучшие результаты.
10. Технико-экономические показатели производства
блюмов и слябов
Расход мегома. Потери металла происходят за стет угара при нагреве слитков в нагре-
пагельных колодцах, за стет образования воздушной окалины в процессе пр скатки и
137
охлаждаю» металла, м счет угара металла при зачистке на МОЗ при ручной зачистке
газовыми резаками, за счет обрети концов раската, а также от недожатой и брака.
Среди отходов наибояыпую величину составляет обрезь, особенно на спокойных марках
стали. При производстве блюмов потери на обрезь отставляют 12,5-15,5 % от массы слитка
спокойной стали и 5-6,5 % не слитках кипящей стали. При производстве слябов величина
обрети еще больше и составляет 17-20% и 8,5—10,5 % соответственно для спокойной к
кипящей стали.
Угар металла в колодцах и при прокатке составляет около 2 %. При огневой зачистке
блюмов и слябов не МОЗ дополнительно теряется в угар в среднем 1,5—2 % от всада. По-
тери металла в Брак обычно составляют до 0,5 %.
С учетом всех потерь расходный коэффициент металла при производстве блюмов
составляй 1,07-1,30 для кипящей стали и 1,12-1,31 для стюкойной стали. При производстве
слябов расходный коэффициент составляет 1,10-1,21 для кипящих сталей и 1,21-1,30 для
спокойных сталей.
Энергетические затраты определяются расходом технологического топлива, электро-
энергии, технической воды, пара и воздуха.
Расход тепловой энергии при нагреве слитков в рекуперативных нагревательных ко-
лодцах с рекуператорами для подогрева воздуха и газа составляет 1050 МДж/t, при натре-
на слитков в регенеративных колодцах удельные затраты тепловой энергии возрастают на
10-15%.
Расход электроэнергии на блюмингах и слябингах по практическим данным составляет
20-40 кВт ч/т, причем с уменьшением размеров сечения прокатываемых блюмов и сля-
бов в сортаменте стана у дельный расход электроэнергии возрастает.
Расход воды, затрачиваемой на охлаждение оборудования и смыв окалины, не различ-
ных обжимных станах значительно отличается (от 3,5 до 23,8 м3/т), что связано с особеннос-
тями технологического процесса производства и различными составом оборудования и
конструкциями охлаждающих сияем,
Расход валков на современных блюмингах и слябингах, составляет 0,06-0,68 кг на 1 т
прокатанного металла. При этом количество прокатанного металла между переточками вал-
ков равно 150-200 тыс. г., общее число переточек валка отставляет 5—6.
Контрольные вопросы
1. Назовите типы обжимных станов и дайте их краткую характеристику.
2. Опишите состав и расположение оборудования одаоклетового блюминга (слябинга).
3. Перечислите основные этапы технологического процесса производства блюмов (сля-
бов).
4. Каким образом нагретые слитки подаются на прокатку к рабочей клети блюминга
(слябинга)?
5. По какому принципу определяется максимальная величина обжатия за проход на
блюминге (слябинге)?
6. Как определяется необходимое количество проходов для получения требуемого
размера блюма (сляба)?
7. Как выбираются число и порядок каятовок при прокатке не блюминге?
8. Какие калибры имеются на валках Блюминга, как они располагаются?
9. В чем заключаются особенности режима обжатий при получении слябов на блюминге,
на слябинге?
10. Дайте характеристику применяемых схем изменения частоты вращения валков за
проход при однослитковой и при двухслитковой прокатке.
11. Как определить машинное время прокатки за проход? Приведите расчетные фор-
мулы,
12. Как определяется длина раската в каждом проходе на блюминге (слябинге)?
13. Как определяется такт прокатки не блюминге (слябинге)?
138
14. Опишите основные виды поверхностных дефектов блюмов и слябов и объясним
11 ричины их появления,
15. Наловите величину рмходиых коэффициентов при проиаводстве блюмов и елябов
м кипящих и спокойных мапей.
Глава IV. ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК
1. Сортамент заготовок
Заготовки для сортовых и проволочных станов квадратного сечения
с закругленными углами производятся со стороной от 40 до 250 мм.
Кроме того, прокатываются заготовки прямоугольного сечения для
сортовых станов, плоские для штрипсовых станов сечением от
70 х 100 до 100 х 415 мм и круглые осевые и трубные заготовки диамет-
ром от 60 до 350 мм.
Таблица 14. Размерыкващжяэ*заготовки
тороне квадриа, мм Радиус закруг- ления углов, мм Предельные отклонения по стороне, мм Сторова квадрата, мм Радиус закруг- ления углов, мм Предельные отклонения по стороне, мм
40,«, 50 7 *1 П- —1 Ч 130, 140, 150 21 +2,4; -4,0
56, 60, 63, 70 9 +1,3; -2,0 160,170,180 25 +3,0; -5,0
75, ЙО, 85, 90 12 +1.6; -2,5 190,200 30 +4,0; -6.0
»5,180,105 15 +1,0; -3,0 210; 220; 240; 250 3$ +5,0; -7,0
ПО, 115, ПО, 125 18 +2,0; -33
В табл. 14 приведены размеры квадратной заготовки по ГОСТ 4693-77.
Из приведенных данных видно, что более широким является поле
минусового допуска, что делается с целью экономии металла в народ-
ном хозяйстве. Разность диагоналей сечения заготовки не должна
февышать 0,7 суммы предельных отклонений по стороне квадрата.
Максимальная длина заготовок 12 м, допуск по длине заготовок
+50-100 мм, величина крниизны и серповидности не должна превы-
шать 10-15 мм на 1 м длины.
Наиболее распространенными являются заготовки 60 х 60, 80 X 80,
100 х ЮО, 120 X 120,150 х 150, 170 X 170 мм, получаемые на непрерывно-
заготовочных станах.
139
2. Типы станов для производства заготовок
На современных металлургических заводах с большим объемом
выпуска сортового проката производство заготовок сосредоточено
на высокопроизводительных непрерывно-заготовочных станах (ИЗС),
устанавливаемых непосредственно за блюмингом и работающих без
промежуточного нагрева блюмов. Прокатывать на блюминг? сечения
менее 240 X 240 мм нецелесообразно, так как из-за увеличения ко-
личества проходов резко снижается производительность. Установка
заготовочного стана за блюмингом позволяет увеличить конечное се-
чение блюмов до 300 X 300... 370 X 370 мм, сократить количество
проходов на блюминге и повысить его производительность. На НЗС
получают квадратные заготовки с размерами сечения от 60 X 60 до
180 х 180 мм, плоские заготовки шириной до 415 мм и круглые трубные
заготовки диаметром до 150 мм.
Вместо НЗС за блюмингом может быть установлен рельсобалочный
стан (РБС). Эта схема характерна для более старых заводов. РБС рабо-
тают на блюмах, поступающих на стан без промежуточного нагрева
или после охлаждения, ремонта и нагрева в методических печах.
В сортамент РБС, кроме готовых сортовых профилей, двутавровых
балок, швеллеров, железнодорожных и крановых рельсов и др., вхо-
дят заготовки квадратного, прямоугольного и круглого поперечного
сечения, используемые на сортовых и трубных станах. На РБС прока-
тывают квадратные заготовки со стороной 100-180 мм, плоские заго-
товки 90 X 230 - 270 мм и трубные заготовки диаметром 90-160 мм.
При большом объеме производства кругной заготовки крупных
размеров за блюмингом устанавливают трубозагоговочнмй стон (ТЗС),
в сортамент которого входят трубная заготовка и круглая сортовая
сталь ф 90-350 мм, квадратная заготовка со стороной 100-200 мм и
слябы толщиной 120-150 мм и шириной 300-540 мм.
Приведенные типы станов являются высокопроизводительными
агрегатами с годовым объемом производства не менее 1 млн. т. Исполь-
зование таких станов в прокатных цехах с небольшим объемом произ-
водства нерентабельно. При производстве проката качественных ста-
лей используются слитки небольшой массы. Для получения заготовок
в этих условиях применяют двухклетевые станы дуо, состоящие из
расположенных последовательно обжимной (малый блюминг) и заго-
товочной реверсивных клетей (например, стан 950/900 Донецкого ме-
таллургического завода). На старых заводах используются обжимные
или заготовочные станы трио, состоящие из 1-2 клетей, оборудованных
подъемно-качающимися столами. На этих станах из слитков малого
развеса или блюмов прокатывают заготовки со стороной от 80 до 180 мм.
140
1 производство заготовок на непрерывно-заготовочных
станах (НЗС)
Характеристика различных типов НЗС
Для непрерывно-заготовочных станов старой конструкции харак-
терно применение двухвалковых клетей только с горизонтальными
палками и групповой привод от электродвигателей переменного тока.
При наличии в непрерывном стане только клетей с горизонтальными
палками приходится производить кантовку раската в процессе его
движения между клетями. Кантовка выполняется неприводпыми
кантующими валками, установленными в специальной кассете горя-
юнтально на расстоянии ~ 0,8 м за рабочими валками в нескольких
клетях. После выхода из калибра рабочей клети передний конец
раската попадает в калибр кантующих валков, который нарезан с не-
которым наклоном. Кантующие валки получают врапхение при протал-
кивании без обжатия раската через наклонный калибр кантуюпхих
палков. При этом происходит постоянное скручивание раската на
участке между рабочими и кантующими валками, которое позволяет
осуществить поворот сечения заготовки на заданный угол (90 или 45")
к моменту входа полосы в калибр следующей рабочей клети.
Групповой привод клетей от двигателя переменного тока при его
простоте и дешевизне имеет существенный недостаток в том, что между
раГючими клетями, имеющими общий привод, устанавливается жесткая
кинематическая связь, т.е. невозможно изменить частоту вращения
палков в одной клети независимо от других клетей. В условиях непре-
рывной прокатки необходимо обеспечить постоянство секундных
объемов металла по клетям при отсутствии значительных усилий под-
пора или натяжения в прокатываемой полосе между клетями, что
постигается выбором соответствующего режима обжатий и скоростного
режима прокатки в каждой клети. При групповом приводе клетей
нозможности регулирования скоростного режима прокатки ограничи-
паются только подбором соответствующего диаметра валков и разме-
ров раската для каждой клети, что приводит к необходимости иметь
большой парк валков, усложняет перевалки. Поэтому развитие непре-
рывных станов происходило в направлении замены группового при-
। юда индивидуальным.
Необходимость получения заготовок разнообразного сечения требует
увеличения количества проходов и клетей НЗС до 12—14, которые
не могут быть размещены в виде одной непрерывной группы, потому
что в процессе прохождения через клети непрерывной группы перед-
ний конец раската постепенно ’’разбивается”, т.е. приобретает большее
уширение, чем остальная часть полосы. Это происходит из-за более
141
быстрого охлаждения концов раската, отсутствия связи очага дефор-
мации с передней внешней зоной, а также из-за неточности положения
переднего конца раската в калибре до момента фиксации его провод-
ками после выхода из валков. ’’Разбитый” передний конец раската
застревает в пропусках и вызывает ’’бурения” на стане. Практикой
установлено, что количество клетей в непрерывной группа не должно
превышать 8-9, после которых необходима обрезка переднего конца
раската (’’зачистка”) на ножницах. Разделение клетей НЗС на группы
производится таким образом, чтобы на выходе из 1 непрерывной груп-
пы получить готовый профиль квадратной заготовки крупного разме-
ра со стороной 150-170 мм. Для. этого расстояние между группами кле-
тей выбирают таким, чтобы раскат полностью размещался в этом
промежутке, а также предусматриваются средства для уборки готового
проката.
На рис. 78 представлена схема расположения оборудования НЗС
730/500 Криворожского металлургического комбината, состоящего из
14-ти горизонтальных клетей, разделенных на две непрерывные группы.
Перед станом имеется поворотный круг 1, на котором в случае необ-
ходимости можно развернуть раскат, поступающий с блюминга
(370 х 370 мм), задним концом вперед. Такая необходимость возникает
в случаях, если в переднем конце реската обнаруживаются признаки
усадочной рыхлости, которая в процессе последующей прокатки на
НЗС может привести к расслоению металла и раскрытию переднего
конца раската, что приведет к бурению на стане. Возможно также,
что после обрезки на ножницах передний конец блюма окажется по-
догнутым, что затрудняет задачу раската в первую клеть НЗС. Разворот
раската в горизонтальной плоскости на 180“ позволит благополучно
прокатать такие раскаты на НЗС. Первая непрерывная группа 2 вклю-
чает 8 горизонтальных клетей 730, которые попарно приводятся от
4-х электродвигателей 3 общей мощностью 7840 кВт. Из первой группы
получают квадратную заготовку 120X 120 и 1G0X1G0 мм, которая
с промежуточного рольганга 4 передается шлепперами на отводящий
рольганг 5, разрезается на мерные длины на ножницах 6. Заготовки
пакетируются на рольганге с косорасположенными роликами 7 и пе-
редаются на холодильник 8. Во второй непрерывной группе клетей
500 (9) из заготовки 120 X 120 мм прокатывают заготовки сечением
60 х 60 мм и 80 X 80 мм. Перед группой 500 имеются маятниковые нож-
ницы 10 для обрезки переднего конца или аварийной обрезки раската.
Скорость выхода заготовки из последней клети составляет 6-6,5 м/с.
Летучие ножницы 11 разрезают раскат на заготовки мерной длины,
которые собираются в пакет на рольганге 12 и передаются на холодиль-
ник 13. Годовая производительность стана 3,5 млн. т.
Непрерывно-заготовочные станы современной конструкции состоят
142
йв-Л. Схема расположения оборудования непрерывного ааготовочного стана 730/500:
1 - поворотный круг; 2 - первая непрерывная группа клетей; 3 - электродвигатели приво-
да рабочих клетей; 4 — промежуточный рольганг; 5 — отводящий рольганг; S — гильотинные
ножницы; 7,12 - пакетировочный рольганг; 8, 13 — холодильник; 9 - вторая лепрерывлая
группа клетей; Ю - маятниковые ножницы
Рж. 79. Схема расположения оборудования непрерывных ааготовочных станов 900/700/500
(с) к 850/700/500 (б):
I - поворотный круг; 2 — труппа клетей 900; 3,10 — кантователи; 4 -1 непрерывная группа
клетей; 5 - промежуточный рольганг; б - обводной рольганг; 7 - ножницы; 8 - II лепрерыв-
1лл группа клетй; 9 - маятниковые ножницы; И - летучие ножницы; 12 - пакетировочный
рольганг; 13 - холодильник; А, Б - обжимные клети 1000; МОЗ - машина огневой аачистки
из двух непрерывных б-клетевых групп и двух дополнительных от-
дельно стоящих или составляющих отдельную непрерывную группу
обжимных клетей (рис. 79). Применяются клети с горизонтальными и
вертикальными валками и индивидуальным электроприводом. Исполь-
зование клетей с вертикальными валками позволило исключить кан-
товки за счет скручивания раската кантующими валками. Но клети
143
с вертикальными валками имеют более сложную конструкцию, боль
шие габариты и массу оборудования по сравнению с горизонтальными
клетями. Поэтому в составе оборудования стана используют минималь-
но необходимое количество клетей с вертикальными валками. Так,
из 14 клетей стана 900/700/500 (рис. 79, о) только пять клетей являются
клетями с вертикальными валками. Выделение первых клетей в само-
стоятельную группу также сокращает необходимость установки верти-
кальных клетей, так как при коротком раскате расстояние между кле-
тями позволяет полностью разместить раскат в этом промежутке и
выполнить кантовку стационарным кантователем.
НЗС 900/700/500 установлен за блюмингом 1300 на Криворожском
металлургическом комбинате и в качестве исходной заготовки исполь-
зует блюмы сечением 360 х 360 мм. Перед станом имеется поворотный
круг 1. Первые две клети 900 составляют отдельную обжимную непре-
рывную группу 2, после которой производится кантовка раската на
промежуточном рольганга кантователем 3. Непрерывная группе 4 сос-
тоит из двух горизонтальных клетей 900 и четырех клетей 730 с чередо-
ванием вертикальных и горизонтальных клетей. Скорость выхода
раската из черновой непрерывной группы клетей 730 достигает 2,3 м/с.
Раскат сечением 150 х 150 - 170 X 170 мм с промежуточного рольганга 5
можно передать на обводной рольганг 6 и далее на ножницы 7 или
направить на дальнейшую прокатку в чистовую группу 8, состоящую
из шести чередующихся вертикальных и горизонтальных клетей 530.
Перед чистовой группой установлены маятниковые летучие ножницы 8
и кантователь 10. В чистовой группе получают заготовки сечением
120 X 120, 100 X 100 и 80 X 80 мм. Максимальная скорость прокатки
7 м/с. Кроме квадратных заготовок на НЗС 900/700/500 получают уз-
кие слябы 80-100 х 250-415 мм для штрипсового стана и круглую
трубную заготовку диаметром до 150 мм. Для резки заготовок на мер-
ные длины используются летучие планетарные ножницы 11. Разрезан-
ные заготовки клеймятся в торец и собираются в пакеты на рольган-
ге 12, откуда передаются на холодильник 13. Все клети имеют инди-
видуальный электропривод общей мощностью 30,4 тыс. кВт. Годовая
производительность - 5,5 млн. т.
Непрерывно-заготовочные станы 850/700/500 в своем составе также
имеют 14 клетей, из которых первые две клети расположены отдельно,
а остальные клети составляют две непрерывные группы аналогично
НЗС 900/700/500. Один из вариантов расположения оборудования
НЗС 850/700/500, отличающийся от НЗС 900/700/500, приведен на
рис. 79, б. Стан установлен на Череповецком металлургическом комби-
нате за блюмингом 1300, откуда поступают блюмы сечением 370 X
х 400 мм. На НЗС 850/700/500 отсутствуют устройства для разворота
блюмов перед станом, так как опыт эксплуатации НЗС показал, что
144
гакие устройства практически не используются, на некоторых станах
вмонтированы. Нереверсивные обжимные клети А и Б с горизонталь-
ными валками диаметром 1080-1120 мм уменьшают сечение блюма
до 290 X 320 мм. Расстояние между клетями А и Б составляет 16,5 м,
что позволяет полностью разместить раскат между клетями и произ-
вести кантовку стационарным кантователем. Между клетью Б и первой
непрерывной группой производится зачистка поверхности раската
на МОЗ. В этой группе чередуются клети с вертикальными и гори-
зонтальными валками. Установка первой вертикальной клети поз
волила исключить необходимость кантовки раската после клети Б.
Па выходе из первой непрерывной группы получают заготовки
127Х127мм и 150Х150мм, которые с промежуточного рольганга 5
передаются на обводной рольганг 6 и режутся на мерные длины на
стационарных ножницах. Для получения заготовок со стороной квад-
рата 60, 80, 100, 120, 125 мм раскат после первой группы клетей направ-
ляют во вторую непрерывную группу клетей 500. Максимальная ско-
рость прокатки на выходе из последней клети - 5,2 м/с.
3.2. Калибровка в&пков непрерывно-заготовочных
станов
Для прокатки на НЗС поступают блюмы сечением 280 X 280-
410X4.30 мм. В первых клетях для обжатия блюмов целесообразно
использовать ящичные калибры. Прокатка в ящичных калибрах произ-
водится обычно до сечения 150 х 150 мм. Заготовки меньшего сечения
получают с использованием системы вытяжных калибров ромб-квад-
рат, что обеспечивает выполнение более точной формы сечения, прямых
граней и лучшей поверхности заготовки.
На рис. 80, а, б приведены схемы калибровок, применяемых на
НЗС 900/700/500 и 850/700/500. По схеме (о) в дополнительных клетях
III и непрерывной группе клетей 1 используются только ящичные ка-
либры для получения на выходе из восьмой клети профиля 150 X
к 150 мм. По схеме (6) возможность кантовки раската между клетями
Л и Б, установка дополнительно вертикальной клети позволили из-
менить схему обжатий и осуществить переход через промежуточное
переходное сечение в шестиугольном калибре к квадратному калиб-
ру и далее вести прокатку по системе ромб-квадрат с возможностью
получения на выходе непрерывной группы клетей 1 квадратных
заготовок со стороной 150 и 127 мм. В непрерывной группе II приме-
няется система калибров ромб-квадрат с получением квадратных
профилей 120 (125), 100, 80 мм при исходном сечении квадрата 150 мм
и 100, 80, 60 мм из исходного квадратного профиля со стороной 127 мм.
Длина бочки валка позволяет разместить несколько калибров
123
145
Рж. М. Схемы калибровок, применяемых на НЗС 900/700/500 (в) и &5D/700/500 (?) (I, 11 -
непрерывные группы клетей; 1И - дополнительные клеш)
В первых клетях НЗС при большой ширине раската на валках разме-
шается не более трех калибров, в последующих клетях, по мере умень-
шения площади поперечного сечения раската, число калибров на
бочке валка увеничивается до 4-5. Калибры, используемые для полу-
чения определенного размера заготовки, во всех клетях располагают
на одной линии прокатки, что достигается соответствующей установкой
клетей с горизонтальными и вертикальными валками. Если конструк-
ция стана не предусматривает возможность перемещения клетей
(на станах старого типа), то прямолинейность линии прокатки обеспе-
чивается для каждого ряда калибров при расположении калибров на
валках. Кроме рабочих калибров, на валках иногда размещают холос-
тые калибры, в которых обжатие раската не производится, а полоса
транспортируется к следующей клети. В таких калибрах также может
выполняться кантовка полосы перед подачей в следующую клеть
(при наклонном расположении холостого калибра).
В непрерывной группе клетей раскат одновременно обжимается
в нескольких клетях, что требует строгого согласования скоростных
условий прокатки и режимов обжатий полосы во всех клетях непре-
рывной группы. Основным условием непрерывного процесса прокатки
является равенство объемов металла, проходящих за единицу време-
ни через каждую клеть. Это условие выражает уравнение секундных
объемов металла
F, = F2 v2 = ... = Fn vn = const, (144)
где F - площади поперечного сечения раската на выходе из валков
в каждой клети-, V- скорости выхода раската из валков.
Скорость выхода раската из валков можно выразить через окружную
146
скорость валков, соответствующую катающему диаметру DK в калибре,
и опережение SK:
где ла- частота вращения валков, об/мин.
При этом уравнение секундных объемов металла будет иметь сле-
дующий вид (после сокращения на п/60):
Г1 Пв1 (1 + Sri) f 2 Аса ПВ2 (I + Sr2) = ... =
“FnOKnnBn(l + SKn) = К. (146)
Величину К называют константой калибровки непрерывного стана.
Она играет важную роль при расчетах режимов обжатия и скоростного
режима прокатки в каждой клети, поскольку должна сохранять пос-
тоянное значение во всех клетях для обеспечения согласованного ре-
жима прокатки. При согласованном режиме прокатки в непрерывной
i руппе клетей отсутствует силовое взаимодействие клетей через
прокатываемую полосу (подпор или натяжение). Условии прокатки
в каждой клети не отличаются от условий свободной прокатки в от-
дельно стоящих клетях. Если секундный объем металла, поступающего
из предыдущей клети, оказывается больше, чем проходящий через
последующую клеть, то это приводит к накоплению металла в межкле-
гевом промежутке с образованием петли или появляется такое усилие
подпора (продольное сжатие) в полосе, которое приведет к принуди-
тельному выравниванию секундных объемов металла по клетям.
На НЗС образование петли недопустимо, так как это приведет к выби-
ванию проводковой арматуры и аварии на стане. Для предотвращения
’того расчетом предусматривается небольшое превышение секундных
объемов металла в каждой последующей клети по отношению к преды-
дущей (рассогласование), что позволяет вести прокатку с небольшим
натяжением полосы, выравнивающим фактические секундные объемы
металлапо клетям непрерывного стана.
В уравнении постоянства секундных объемов иногда не учитывают
коэффициент опережения, а используют его в виде
П О», л., - F, Ц,, пв1 - ... - DK, п„ - К'. (147)
Гак как обычно с уменьшением толщины полосы опережение увеличи-
иается, то выполнение этого соотношения обеспечит условия прокатки
небольшим натяжением.
Постоянство константы калибровки во всех клетях непрерывного
стана можно обеспечить несколькими способами, изменяя величину
сомножителей F, DK и пв для каждой клети. Величину константы
147
устанавливают по одной из клетей, 8 которой определены площадь
сечения профиля и скорость прокатки (обычно по чистовой клети).
При групповом приводе клетей частота вращения валков во всех
клетях жестко задана передаточными отношениями в линии привода
клетей. В этом случае постоянство константы непрерывной прокатки
достигается только за счет изменения диаметра валков или за счет
изменения площади сечений полосы в каждой клети. Индивидуальный
привод клетей значительно облегчает задачу, так как позволяет в
широких пределах изменять частоту вращения валков и обеспечить
постоянство секундных объемов металла по клетям при принятых
диаметрах валков и размерах сечений полосы в каждой клети.
В дополнительных обжимных клетях Шив непрерывной группе кле-
тей 1 НЗС используется система прямоугольных калибров. В основу
расчете режима обжатий, как и при прокатке на блюминге, положен
принцип максимального использования захватывающей способности
валков с последующей проверкой ограничений по нагрузочной спо-
собности деталей рабочих клетей и линии привода, а также соответ-
ствия потребляемой и установленной мощности электродвигателей.
Допускаемый угол захвата определяется в зависимости от материала
валков, температуры и скорости прокатки по графику, приведенному
на рис. 61 или по формулам (табл. 2). Для повышения захватывающей
способности валков в первых клетях на валках выполняют насечки.
Заталкивающее усилие со стороны предыдущих клетей также способст-
вует улучшению условий захвата в последующих клетях. Можно до-
пустить максимальный угол захвата на НЗС при стальных валках до
30- ЗГ. Из каждой группы клетей НЗС обычно получают несколько
размеров заготовок. При расчете калибровки НЗС необходимо пре-
дусмотреть возможность получения требуемых размеров заготовок
из промежуточных калибров без перестройки стана.
В непрерывной группе клетей Я НЗС, а также в последних кле-
тях 1 непрерывной группы применяют систему калибров ромб-квад-
рат. При расчете этой системы калибров исходят из заданных размеров
стороны исходной квадратной заготовки с0 и готового квадртаного
профиля ся, а также заданных размеров промежуточных квадратных
профилей. Общий коэффициент вытяжки от заготовки до готового
профиля в п клетях равен
Ч - (14S)
Общая вытяжка распределяется по клетям:
Xj = ^Р1 ' ^КВ2 ' ^рз • ‘ (149)
где Хр - вытяжка в ромбическом калибре; Хм - вытяжка в квадрат-
ном калибра.
148
Для пары калибров ромб-квадрат коэффициенты вытяжки обычно
принимают одинаковыми Хр « Х^, крилем общая вытяжка для пары
калибров будет равна
кр-о = - (£•)’ <15°>
где с' - сторона квадрата, задаваемого в ромбический калибр; с" -
сторона квадрата, получаемого из квадратного калибра.
Без учета закруглений углов размеры квадратных профилей со
стороной с по диагоналям будут равны Ькв = 1,41 с, что соответст-
вует размерам Нк и Вк квадратного калибра. Площадь поперечного
сечения квадратного профиля с учетом закруглений равна
Гква0,98са. (151)
По известной вытяжке в квадратном калибре Х^ площадь попе-
речного сечения ромбической полосы определяется по формуле
Fp = J=KB*». (152)
Размеры ромбической полосы hp и Ьр определяются, исходя из
получения площади поперечного сечения Гр, а также с учетом правиль-
ного заполнения квадратного калибра. Высота ромба должна быть
равна
К, - Ьк. - (153)
где А Ькв “ уширение ромбической полосы при обжатии в квадратном
калибре.
Исходя из площади ромбической полосы Fp, ширина ромба будет
равна
bpe2Fp/hp. (154)
Абсолютные обжатии в квадратном и ромбическом калибрах равны:
Л/1кв = Ьр — hM; (155)
Ahp - 1,41 с' - hp. (156)
Угол захвата в ромбическом и квадратном калибре определяется
в точке, соответствующей вершине калибра
а arccos (157)
। ле Ah - величина обжатия в ромбическом или квадратном калибре;
Пв - диаметр валка в вершине калибра.
149
Во второй непрерывной группе клетей применяют чугунные валки,
что следует учитывать при выборе допускаемого угла захвата.
Примерный расчет калибровки валков НЗС 900/700/500
Исходные данные:
Размеры блюма - 340 х МО мм. Конечное сечение заготовки после первой I непрерыв-
ной группы клетей 150 X ISO мм, после непрерывной группы Л - 00*80 мм, 100 X 100 мм,
125 X125 мм. Скорость выхода полосы из последней клети второй непрерывной группы -
7 м/с. Схема калибровки валков НЗС 900/780/500 приведена из рис. 80, а. Расчет Осущест-
вляют против хода прокатки.
Расчет калибровки валков второй П непрерывной группы клетеО 500 (рис. 81). Лил
получения профиля е минусовыми допусками размеры горячего профиля приняты рав-
ными размерам холодного, Без учета закруглений углов диагональные размеры квадрат-
вето калибра будут равны.
Площадь поперечного сечения готового профиля без учета закруглений углов равна
Ги=с?,-80» = 6400 мм’.
Принимаем зазор между валками зм= 7 мм.
Катающий диаметр валков клети 14г будет равен
Нм 113
Аси - Ли + «и - — " 530 ♦ 7 - — - «S3 мм,
где Л к - минимальный диаметр валков (по буртам) рабочих клетей второй группы НЗС.
При заданной скорости прокатки тм - 7 м/с частота вращения валков в клети 14г бу-
дет равна
60»14 М-7
" iw-o,« - ™"№“-
Определяем константу калибровки для клети 14г;
Хм - A<Acu"u = 6400 • «0,5-278 - 855 • 10*.
Задаем коэффициент кинематического натяжения полосы между клетями второй нвпр»
Рыехой группы 1,015 и определяем константы калибровки для остальных клетей:
Ku 8S5 10*
*»яТй?ш’ийГ=м,,10‘;
К1} = 830• 10*; - 810 • 10*; Х1в - 805 10*; К, - 793 • 10*.
Во второй непрерывной группе предусматривается получать квадратную заготовку
Рж. 81. Схема обозначения размеров калибров II группы клетей НЗС
150
115 X 125 мм из клети 10г и заготовку 100 X 100 мм из клети 12г. Так как это определяет
размеры всех квадратных калибров, остается определить размеры промежуточных ромби-
ческих калибров в клетях 9в, Ив и 13в. Для атого рассматриваем пары калибров ромб-
квадрат клетей 13э-14г, Ив—12г, 9в-10г.
Общий коэффициент вытяжки в паре клетей 13»—14г равен
Принимаем
Ч, -1,. - 7 ц,... - Ля - 1.В.
Площадь поперечного сечения ромбической полосы в клети 13в равна
F„ - АЛм " 6400-1.25 - 8000 мма.
Уширение ромбической полосы в квадратном калибре определяем по формуле (78а):
Л&4 - 0,11 - 0,0003 е14 + 0,35 (Л14 - 1,11) - 0,000055 (800 - В14)с14 - 9,6 " 10мм.
Высота ромбического калибре должна быть равна
Н13 - В14 - ДЬ„ - ИЗ - 10 - 103 мм.
Ширина ромбического калибра клети 13в равна
2F„ 2 8000
в*1' ~ ' “Гй- -щ““-
Обжатие в квадратном калибре клети 14т:
Ah„ - Я„ - Я14 > 155 - 113 -42 мм.
Обжатие в ромбическом калибре клети 13»:
Ahi, VVeu - И» - 1,41 100 - 103 - 38 мм.
Простор из уширение в ромбическом калибре клети 13»:
Ahi, - Ви “ Ml е1а - 155 - 1,41 100 - 14 мм.
Уширеяие при обжатия квадрата et, -100 мм в ромбическом калибре клети 13в рассчиты-
ваем по формуле (79):
I Ahj, , "38
*»,1ИП - u7i»„(D,q - Я„)/1 - 0,з7м<!М- 1Ю)Л у - 1U
т.е. при принятых размерах ромбического калибре имеется достаточны* простор на уши-
рение (АЗиркч *• Abjj)i
Зазор между валками в клети 13в принимаем “ 7 мм. Катающий диаметр валков
клети 13» будет равен
Окта Ли + *13 - НиД - 530 + 7 - 103/2 - 485,5 мм.
Частота вращения валков клети 13в:
842 • 10*
"" ллП" «•••««
Определим величину углов захвата в клетях 14г и 13в:
151
♦I E*Ol
152
Для пер калибров 11в-12г и 9s- 10г распеты выполняются аналогично. Разупьтиы расче-
та ромбических и квадратных калибров второй непрерывной группы клетей НЗС
""[1/700/500 приведены в табл. 15.
Выполненный расчет калибровки является предварительным, так как необходимо
очина размеры прокатываемых ромбических и квадратных профилей, учитывая закруг-
ления углов калибров. Размеры радиусов закруглений углов квадратных профилей по
ГОСТ 4693-77 приведены в табл. 14. Радртус закругления при вершине ромбического ка-
либра принимаем равным г = 0,15 Як.
Квадратный профиль ео стороной Сц 80 мм, получаемый из клети 14г, будет иметь
искрутивши углов радиусом г = 12 мм. Размер диагоналей профиля определяется по фор-
мула (18):
hl4 Ь14 - /Ге14 - 0,83 г = 1,41 • 00 - 0,83 12 - 103 мм.
Площадь сечения профиля, получашого иа клети 14г, е учетом закруглений углов будет
равна4 = 0,98 с34 6270 нм5, При зазоре з14 - 7 мм ширина вреза калибра в валки будет
равна
°врм - »м 1U - 7 - 106 мм.
Глубина вреза калибре Нвр „= (h>4- J/2 = (103 - 7)/2 = 48 мм.
Из клети 12г получается квадратный профиль со стороной 100 мм. При закругления
углов радиусом г- 15 мм его диагонали будут равны
*19= *19 - 2- 100 - 0,83-15 - 129мм,
'лощадь сечения = 0,98 с?» = 0,98 1005 = 9800 мм3. При зазоре за 8 мм ширина вреза
калибра в валки будет равна
^вр 19 = ®19 — *19 = 141 —8е 133 мм.
.лубина вреза ^0pu*=(ftij- *ia)/2 = (129 - 8)/2 - 60,5 мм. Аналогичные расчеты позволяют
учесть закругления углов квадратных профилей, получаалых из клетей 12г и 10г, ж заго-
товки, поступающей из первой непрерывной группы.
Теперь необходимо выполнит, корректировку размеров и учесть закругления углов
ромбических калибров в клетях 9в, 11в и 13в. Для корректировки вооюльзуемся фор-
мулами:
*кв “ ^кв (*« + кр _ *кв)
*₽-----------Г7ТТ-------------: О»)
1 крлкв
Ьр - Ьв + кр(Ла - Лр), (159)
где Ьр, Ьр - высота и ширина сечения ромбической полосы; А о, bt - диагональные размеры
адресного сечения полосы, задаваемой в ромбический калибр; А^, - диагональ-
ные размеры квадратного сечения полосы, получаемой при обжатии рсыба в квадратном
-.либре; Акв, кр - показатели уширения в квадратном и в ромбическом калибрах, опре-
ляемые по данным расчета размеров калибров без учета закруглений (табл. 15).
Для клети 13в получим:
153
10 / 10,2 \
10,2 10
“ 38 ’ 42
= 129 + 10/42(129 - 94,6) = 138,2 мм.
Принимаем степень заполнения ромбического калибре в„ = 0,9. Тогда ширина калибре
будет равна В1Э Ьи/8 w - 153,6 мм. В соответствии с формулой (15) высота ромбического
калибре в клети 13в будет равна
При г - 15 мм, приняв «к « bij/hu, получим = 94,6 + 2 15 (/1 ♦ (94,6/138,2)»- 1) -
-100,7 мм.
Глубина вреза ромбического калибре в валки:
Нцн» - (hia - «а»)Д " <94,6 - 7)/2 - 43,0 мм.
Ширина вреза Ядро *зэ - »is’k ° 153,6 “ 7 ' 153,6/100,7 = 143,1 мм. Площадь сечения
ромбического профиля, получаемого из клети 13в, с учетом закруглений углов по фор-
муле (17), будет равна
Р„ =^13^13 «13 (1 - -f1) “ 0,43 г’ - 153,6-180,7- 0,9(1-0,9/2)-
- 0,48 15’ = 7560 мм».
Коэффициенты вытяжкит
Т аб лиц а 16. Калябровзса волков яторой Л ищрерляо* трута» кшией 500 НЗС 900/700/501
Номер Форма Размеры калибра, мм Размеры полосы, мм
клетей калибре - — • !
высо- шири- глуби- шири- за- высо- шири- сто- площадь
та «к из Лк с & а я* | S’ Е эор а та h ил Ь рона квад- рата е сечения f, мм9
9в Ромб 162 226 Заготовка 71,5 212 10 153 203 150 22050 17940
10г Квадрат 176 176 76 166 10 162 162 125 15310
Пв Ромб 127 191 55,3 177,5 9 119,5 172 11870
12г Квадрат 141 141 60,5 133 8 129 129 100 9800
13в Ромб 100,7 153,6 43,8 143,1 7 94,6 138,2 7560
14г Квадрат ИЗ ИЗ 48 106 7 103 103 80 6270
154
Абсолютяме обжатия в клетях 1 Зв, 14т;
° - h„ - 129 - 94,в ’ 34,4 мм;
- bi» - Ли - 1384 - 103 = 354
У читывая изменение обжатия, уточняем величину углов захвата в клетях 13в и 14г:
I A*u \ I 34,4 \
п13 агсм! 1------------------- месс: ]------------------ 22’45
\ Ви-аЛври/ \ 530 - 2 - 43,8 / * ’
/ Ah»« \ I 354 \
«и - «сем 1 - —------------- = Vteo> i-------------------- 23*14’:
\ \ 530- 2-48 /
Изменится также величина константы калибровки, так как изменнлаа плота,то еечеиия
полосы. Константа калибровки для клети 14г будет равна
- ГмАои пи 6270 • 4854 278 - 8374 10s.
При коэффициенте кинематического ветяхенкя 1,015 константа калибровки для клети
13в будет равна
К|Э - K14/1.01S - 825 10s.
точила» частоту вращения валков в клети 13»:
я13 =• Каа/Ги’Аиэ ° 825- 10s/(7560 - 4854) = 225 об/мин.
Скорость прокатки в клети 13в равна
я Acia пта
г>* = -----л---- - 3,14 0,4855 • 225/60 - 5,72 м/с.
Коэффи-
циент вы-
тяжки X
Обжатие
Л Л, мм
Ушире-
ние ДО,
мм
Катаю-
иптн диа-
метр Dr,
мм
Угол sax-
вата а,
град
Частота Скорость Константа
врали- прокатки калибровки
нет у, м/е К X 10*s
валков
п, об/мин
1,211
1,296
1,206
42 8
41 9
42,5 10
43 94
34,4 94
354 8,4
457,0 27*
452 27*
464 26*
4674 26*30'
4854 22*45'
4304 23*14’
1,85
95 2 4 7 777
114 2,70 789
142 3 4 2 801
177 4,33 813
225 5,72 825
278 7,0 8374
155
Аналогично корректируют калибровку в остальных клетях непрерывной группы. Резуль-
таты выполненного расчета калибровки представлены в табл. 16.
Расчет калибровки первой группы клетей 700 и дополнительных клетей 900 ИХ
900/700/500 (рис. 82). Для обеспечения согласованной работы I и Л групп клетей НЗС, исклю-
чения аадержек попоен перед задачей во Л группу принимаем константу калибровки для
клети От равной константе калибровки клети 9в - Kt - 777 10е. При коэффициенте х»
будут равны:
К, 777 • 10*
X, = 754 10е; К, - 743 10е; Kt = 732 • 10е;
Xs -711-10*; X,- 700 «10е.
721 10е;
Расчет калибровки валкое клети 8г
Яз этой клети получаем заготовку 150 X150 мм, используя ящичный калибр. При вы-
соте калибра Н8 = 150 мм принимаем зазор между валками s, - 16 мм. Катающий диаметр
валков будет равен
Dm - П, + з, - И, - 680 ♦ 16 - 150 = 546мм
(DB - 680 мм - минимальный диаметр валков для горизонтальных клетей 700).
W,
777-10е
546 - 22050
- 60/ об/мин.
Скорость выхода полосы из валков:
т. - Dk, п, - 3,14 • 0/46 • 64//60 = 1,85 м/с.
156
В первой группе клетей НЗС премиям стальные валки. Температура конца прокатки
на блюминге - ид ниже НМ *С. Принимав* расчетную температуру металл* в процессе
прокатки в первой группе НЗС равной 1100 *С. Используя расчетные уравнения для опре-
деления допустимое ути* захвата, приведенные в ибл. 2, при т » 1,85 м/е, полупим Вдап
- 48 - 0,0165 t-1,5 у - 48 - 0,0165 1100 -1,5 1,85 - 27*.
Принимаем угол захвата а, • И* 0,46 рад. При этом величин* абсолютного обжатии
Будетравна
ДЛ8 °ка (1 — еоз я*) 546 (1 - соз26*) - 55 мм.
Высота задаваемого раската
Ь, = h, * Ah, - 150 ♦ 55 205 мм.
Расчет уширения выполняем по форму из АЛ. Чекмарева.
дь< _ ________ibcp A/l«fcorp________
'‘’“’[‘‘'“«(•S')’]
Принимаем ориентировочно b-, « 143 мм и 0,7. тогда полупим (при п 2) ДО,
«12 мм.
Мирин* задаваемого раската h, - ba — ЛЬ, 150 -12 • 138 мм.
Расчет калибровки клети 7в
Площадь поперечного сечения полюсы, получаемой из ящичного калибра клети 7в:
F, - 0,98 h7b, - 0,98 1М 205 - 27800 мм1.
При зазоре т, 16 мм определяем катающий диаметр валков клети Та:
Окт - D, + т, - h7 - 660 + 16 - 138 - 530 мм
(D, . 660 мм - минимальный диаметр валков для вертикальных клетей 700).
Принимаем угол захвата а, • 25‘ - 0,436 рад.
Обжатие в калибре клети Та:
Ah7 - Окт (1 - eos Sy) - 530 (1 - eos25*) ° 52 мм.
Высота задаваемого раската h7 + Ah, ° 138 + 52 -190 мм.
Уширение по формуле АЛ. Чекмарев* (Ь^ * 198 мм):
2-198-52-0,7
Aft,"
Ширин* задаваемого раската h, - Ь, - АЬ, - 205 - 15 = 190 мм. Км
«либре клети 8г равен
F, 27800
*• “ F. 22050 ' ‘,К
Кт 765 • 10*
ТТ— “ ...» ... " 51 об/мин.
F,DK, 27800 - 530
157
Ч. « ЧЧ, о .
gSsgasss
Bssssass
SS22S22H
sss^ass?»
& “ Ц. Я. ^*, ”.
Пишу
EsSasgjas
m§ssss§
ЛАЙ4Р ££<?&
158
алогично производится расчет калибровки и для остальных клетей. Результаты расчета
рмведеиы в табл. 17. Вместо заданных размеров исходного блюма 340X340 мм получен
бл»м с размерами МО X 370 мм.
Корректировка калибровки
Полученные расчетом размеры исходного сечения блюма превышают заданные по сто-
роне Яиз величину 5 Н - МО - 340 - 20 мм и по стороне В — на б В = 370 - 360 - 10 мм. Необ-
ходимое изменение обжатия по сторонам Н кВ определим с учетом соответствующего из-
менения уширения по приближенным формулам
ОН' -SH + fccpB-аВ; (160)
ев' SB + ’СсрЯ-ВМ, (161)
гДв fccpB и fccpH ~ ере®1** значение показателей уширения в проходах с обжатием по
сторонеВ и по стороне Н соответственно,
Согласно схеме прокатки в клетях 1-4 для получения сечения 240 X 240 мм нужно
itтолики, 2 раза обжатие по стороне Н (в 1-й и 2-й клетях) и 2 раза по стороне В (в 3-й и
4-й клетях).
Среднее значение показателя уширения в проходах по стороне Н определим как
ДЬ1 + АЬ9 10 + 10
kcPff_ ДЩ + Ahj" 00 + 70 " °’133,
Н проходах по стороне В средний показатель уширения будя равен
А63 + АЬ4 15 + 15
‘Т3 " Ah3 + ДЬ4 ’ 80 + 70 ' °’2'
По формулам (160) и (161) получим, SH’ - 20 + 0,2 10 22 мм; SB’ = 10 + 0,133 20 13 мм.
Распределим по проходам величину изменения обжатий, приняв Ah; - 65 мм, ДЬj -
- 63мм, Дйз 70 мм, Ай* 67 мм. При этом имеем: 6Я’ Ah4 + Дйз - AhJ - Ahi
- 80 + 70 - 65 - 63 - 22 мм и S В' = Ah3 + Ah* - ДЬ3 - Ahi - М + 70 - 70 - 67 - 13 мм.
При принятых обжатиях корректируем величину уширения и определяем размеры
сечений по проходам, площади сечений, коэффициенты вытяжки и другие параметры
салибровкм. Результаты расчета калибровки приводам в табл. 18.
Определение размеров калибров
Зазоры между буртами валков в каждой клети определены в ходе расчета калибровки.
Высота ящичного калибре Нк равна высоте прокатываемой полосы h. В калибрах первой
и второй клетей предусматривается выпуклость дна со стрелой / 2 мм. Выпуклость дна
/1мм предусматривается также в калибрах, 4, 5 и 7-й клетей для предотвращения пере-
лнения и образования выпуклости боковой стороны профиля, получаемого из калибре
последующе» клети. Ширина калибров по дну принята равной ширине задаваемого в него
раската.
Глубина вреза ручья ящичного калибра равна fipp = (Яц - s)/2.
Принимаем уклон боковых стенок ящичных калибров tg ф в первой клети - 0,4, во
пторой - 0,3, в >-7-х клетях - 0,2, в восьмой клети - 0,1.
Ширина вреза калибре в валок равна Ввр - Вд + 2 h^, tg Ф.
Результаты расчетов размеров калибров приведены в табл. 18.
159
d L X
11 gsgssm
|| «
L hl S S-8 S Я з"
3 i a 5 s e- « . . О ^0 = .
gsagasg^
fh3 ««яздазя
“ ¥ Я o£< 3 ЗЗР5ЭЗЙЙ
&
8 L ЯЛ»ЛЯЛВП
1 lh шшш
I Ha mmm
5 h'a ssasi-sssag
L Ssssssas
азмеры калибров, мм 11/ Л “l *1 psaspasc
11/ Й§В8р5§ м J8 $ Я § 3 Я S5 В
L“ Е§ 1g § smssJa
Hh
160
4. Производство заготовок на трубозаготовочных
станах (ТЗС)
Характеристика ТЗС
Трубозаготовочные станы предназначены для производства круг-
лой катаной заготовки для трубопрокатных станов, к которой предъяв-
ляются высокие требования по качеству поверхности. Кроме того,
на этих станах получают сортовые заготовки круглого и квадратного
сечения, узкие слябы, а также осевые и кузнечные заготовки.
Трубозаготовочный стан 900/500X3 Днепровского металлургическо-
го комбината установлен за блюмингом 1150, включает четыре клети:
одну реверсивную клеть 900 (малый блюминг) и три последовательно
расположенные нереверсивные клети 750 (рис. 83). На блюминге 1150
для ТЗС прокатываются подкаты 270 х 300 мм, 200 х 600 мм, 295 х
х 470 мм и др., которые поступают на ТЗС в горячем состоянии (тран-
зитом) или передаются на склад подкатов для охлаждения, осмотра
и зачистки наружных пороков. Охлаждение легированных и осевых
марок стали производится в неотапливаемых колодцах. В транзитную
прокатку допускаются только подкаты неответственного назначения,
не имеющие видимых на горячем металле наружных пороков, с тем-
пературой не ниже 1100-И 20’С. После зачистки подготовленные к
прокатке подкаты подаются на посадку в нагревательные печи ТЗС.
Стан обслуживают четыре рекуперативные трехзонные методические
печи с верхним и нижним подогревом и торцевой выдачей нагретого
металла. Температура нагрева перед прокаткой - 1180-1230 *С. Первая
клеть с рабочими валками диаметром 900 мм и длиной бочки 2350 мм
приводится от электродвигателя постоянного тока мощностью 40-
45 кВт с частотой вращения 0- 75-120 об/мин, имеет нажимное устройст-
во, грузовое уравновешивание верхнего валка. Клеть оборудована
с обеих сторон манипуляторами и крюковым кантователем, рабочими,
he. 83. Схема расположения оборудования трубоааготовочяого става 900/750 X 3:
• нагревательные печи; 2 - дуо-реверсивная клеть 900; 3 - ножницы № 1; < - транспор-
тер для слябов; 5 — дуо-клев, 750; 6 - пиша; 7—ножницы № 2; S — холодильник
161
раскатными и транспортными рольгангами. На бочке валка клети 900,
кроме ящичных калибров, в которых, прокатывают слябы и квадрат-
ные заготовки со стороной 160—250 мм, имеются круглые калибры для
проката диаметром 230- 270 мм.
Заготовки сечением 120-150 X 300-540 мм, получаемые из клети 900,
режут на мерные длины на рычажных ножницах № 1 горячей резки и
цепным транспортером передают в пролет склада слябов. Квадратные
заготовки со стороной 160-250 мм и круглые заготовки диаметром
230-270 мм, получаемые из клети 900, на ножницах № 1 режут на две
или три части длиной не более 20,5 м и передают шлепперами на обвод-
ной рольганг, по которому заготовки поступают на резку к пилам или
ножницам № 2. Круглые заготовки диаметром 90-220 мм и квадратные
со стороной 125-150 мм прокатывают во всех четырех клетях. Раскаты
после клети 900, поступающие на прокатку в клети 750, режут на нож-
ницах № 1 на две или три части и катают поочередно в клетях 750-
1,2,3. Длина готового профиля, выходящего из клети 750-3, не должна
превышать 38 м. Порезка круглой заготовки 90-270 мм и сортовой
квадратной заготовки со стороной 160 мм проводится на роторных
пилах ударного действия горячей резки. Остальной металл режется
на мерные и кратные длины на ножницах №2: максимальная длина
штанг -7 м, минимальная - 2,1 м. После клеймовки заготовки охлаж-
даются на холодильниках. Осевая квадратная заготовка после порезки
на ножницах укладывается в ямы замедленного охлаждения с темпе-
ратурой не ниже 600 *С.
Охлажденный металл поступает на отделку и зачистку. На ролико-
правильной машине и на гидравлическом правильном прессе произ-
водится правка штанг. При выполнении заказов на особокачественную
трубную заготовку производится обдирка заготовок по всей поверх-
ности на четырех станках. Проектная мощность ТЗС - 3,1 млн. т/год.
^Калибровка круглой стали на ТЗС
Для прокатки трубной заготовки применяют систему калибров под-
готовительный прямоугольник - плоский овал - круг (рис. 84). Роль
подготовительного прямоугольного калибра 1 заключается в устране-
нии ребер прямоугольной заготовки и снижении неравномерности де-
формации при прокатке в овальном калибре 2, Подготовительные ка-
либры имеют вид прямоугольника с плоским или вогнутым дном и
увеличенными радиусами закругления. Увеличенные радиусы закруг-
лений углов калибра улучшают условия захвата в предчнстовом овале.
Снижение неравномерности деформации по ширине калибра умень-
шает вероятность появления трещин на поверхности заготовки.
В качестве предчистового калибра применяют плоские или эллипти-
ческие овальные калибры. Чаще используют плоские овальные калиб-
162
hr. 84. Система калибров: подготовительный прямоугольник (2) - плоский овал (2) -
круг (3)
ры, поскольку получаемый профиль лучше удерживается пропусками
при задаче в круглый калибр. Для улучшения захвата в круглом ка-
либре профиль закругления боковых сторон плоского овала очерчи-
вают лугами, центры которых имеют смещение относительно горизон-
тальной оси симметрии калибра. При этом сечение профиля более
соответствует вертикальному сечению круглого калибра в плоскости
захвата, улучшается устойчивость полосы в момент захвата.
Чистовой круглый калибр 3 выполняют с ’’развалом”, принимая
ширину калибра (горизонтальный диаметр) больше вертикального диа-
метра на 1-2%.
Расчет калибровки для прокатки трубкой мготовки заключается в определении разме-
ров чистового круглого калибра, предчиетового овала, подготовительного прямоугольного
калибре и выборе размеров исходной прямоугольной заготовки. Ход расчета рассмотрим
на примере калибровки трубной заготовки диаметром dH0M » 100 мм.
Диаметр профиля в холодном состоянии принимаем с учетом неполного минусового
допуска:
dx = ^иом “ А " 100 - 1,5 = 98,5 мм.
Чистовой круглый калибр 3
За счет температурного расширения металла в горячем состоянии диаметр профиля
5удет равен </г - 1,012 dx " 98,5 -1,012 99,5 мм. Вертикальный диаметр круглого калибре
принимаем равным диаметру горячего профиля <fBept = dr - 99,5 мм. Горизонтальный
диаметр круглого калибра drop - 1,015 dBepT = 101 мм.
Зазор между буртами валков примем равным аа = б мм.
В круглом калибре применяют углы захвата в пределах акр -12-22*, причем меньшие
значения акр относятся к максимальным размерам круглых профилей. Принимаем
аКр = 20* (0,349 рад.).
Величина обжатия в кругном калибра будет равна
А Акр Лд(1 - мапцр) - 544(1 - 0,9397) - 32,8 мм,
где Dc - диаметр валка по дау калибра. С учетом переточки валков клети Л, 750мм
на 15 % получим:
Ода « 0,85 Л, ♦ а, - дверт = 0,85-750 + 6 - 99,5 - 544 мм.
163
Упяретяе в кругла* калибре определим по форму» АЛ. Чекмарева с учетом
фкцишиа ограничения уширения *огр" 03; АЬхр"10,4мм.
Предчисювой плоский овальный калибр 2
R - dr (0,485 + 0,095 Пкр).
Ьовт = 4верт + Д*хр - «3 + 32,8 = 1323мм.
Высота плоского овала: Йета = dr — А ” 993 ~ Ю,4 “ 89,1 мм.
д и радиус R зекруг»
формулам:
137 dr
(1-.уЛЬк,
(io)
(IO)
дуг радхуеа R
закруглений
аот - 20* х определят обжатие Д^ов»
углу зимп в круглом калибре «
в предчнстовом овальном калибре
Айетз = " »*«081 = «MU ~ О-9”7) = 333 мм,
гдеО да = 0^5 О, + а, - Лда = 0,85 • 750 + S - 89,1 = 55€Л мм.
Упптрение в предчиашюм овале определяем по форму» АЛ. Чекмарева при *огр
»1Д АЬвва-Нмм.
Подготовительный прямоугольный калибр 1
Ширина полосы, получаемой из подготовиепьвего калибра, с учетом кантовки на
ЯГ пред задачей предчяетпвой овальный калибр будет равна О, - hoaj + Ahmk - 89,1 +
+333 -122,6 мм. Высота подготавитепиого прямоугольного калибра:
Ии " 8ода - Айова = 1323 - 12 ’ 1203мм.
Принимаем степень заполиевия калибре 5, = 03. Ширина калибре при зтем були
равнаВщ 8}/8t = 122,6/0,9 = 1363мм. Приняв выпуж боковых стенок калибре <8Ф = 0,15,
определим птирияу дна калибре по точкам тжепетв:
Вт " Вхл - Як1*8Ф = 136Д - 1203-0,15 - 1183мм.
Ширина врем калибре в валки при а, = 10 мм по форму» (12):
Btpt Вда + (Як - TjtgP - 110,2 + (1203 - Ю)0,15 = 134,7 мм.
Дно калибре выполняется погнутым с радиусам закруглении Я, = (1 + 2) dj. Радиусы
шпрпений г, и г2 определяются конструктивно.
Приняв утоп запета в калибре 1 0,-20", определим величину обжатия: Aht-
’Яда (1 - ей ах) - 527 (1 - 0,9397) - 31,7 мм, где Яда = 0,85 Л, +1, - ЯК1 = 0,85 • 750 + 10 -
-1203 "527 мм.
Высота заготовки: h9-Як, + hht -1203 + 31,7= 152 мм.
Уширшие в поднипшиельнт первом калибре определяем при = 03: АЬ,' 1jb мм.
Мирина заготовки; Ьа = Ь, - = 122,в-7,6-115 мм.
164
5. Особенности калибровки валков обжимных
н заготовочных клетей тряо
На металлургических заводах с небольшим объемом производства,
особенно на заводах качественной и цветной металлургии, для полу-
чения заготовки используют обжимно-заготовочные станы с одной
или несколькими клетями трио с приводом от нереверсивных дви-
гателей с маховиком. Клети трио оборудованы подъемно-качающимися
столами, прокатка может происходить одновременно как на нижнем
горизонте (между нижним и средним валками), так и на верхнем го-
ризонте (между средним и верхним валками). Валки клетей трио во
время работы не раздвигаются, поэтому размеры калибров остаются
постоянными, а обжатие заготовки производится при передаче раската
из калибра в калибр меньшей высоты. При прокатке заготовки
80 X 80 мм и более применяют ящичные калибры. При меныпих раз-
мерах сечения заготовки применяют ромбические, овальные, квадрат-
ные калибры. На рис. 85 показаны способы расположения калибров
на валках клетей трио. Ящичные калибры, расположенные на одной
вертикали в клети трио, имеют общий ручей в среднем валке. Такие
калибры называют сопряженными. Сопряженные ящичные калибры
получили наибольшее распространение, так как позволяют экономно
использовать длину бочки валка. Обычно на нижнем горизонте про-
катки в клети трио располагают первый и последующие нечетные ка-
либры. После прокатки в нечетном калибра раскат обжимают без кан-
товки в сопряженном с нны четном калибре, расположенном на верх-
нем горизонте, а затем кантуют на 90° и задают в следующий нечетный
калибр. Особенность конструкции сопряженных ящичных калибров
состоит в том, что калибры являются несимметричными относительно
горизонтальной линии разъема калибра, поскольку глубина вреза
сопряженных калибров в средний валок одинакова, а высота нечст-
Гие. К. Схемы расположения калибров нп валках клетей трио:
а - сопряженные ящичные калибры 1-2; Э-Ф, 5-6; 7-8; В - вееопряхевные шабря
165
Лк,в - °ов - 2 Ь;
- Оос “2 с;
^к,в = ^оя “2а
Рж. №. Схема к определению диаметров витков и
размеров сопряженных калибров в клетях трио
кого калибра больше высоты последующе-
го четного калибра. Как видно из рис. 86,
катающие диаметры валков сопряженных
калибров 1 и 2 связаны соотношениями;
(164)
(165)
(166)
(D0B, Doc, D0H - начальные диаметры верхнего, среднего и нижнего
валков).
Так как а > с > Ь, то при одинаковых начальных диаметрах Оов
= Doc = D0H получим Пк.в > DM > DKV, т.е. при прокатке в каждом
калибра будет иметь место верхнее давление;
~ °к.с. “ °к.в = 2 (а-с); (167)
та = Ок.в _ °к.с = 2(С-Ь). (168)
Разность катающих диаметров валков оказывает отрицательное
влияние на процесс прокатки и динамический режим работы главной
линии стана. Различие окружных скоростей валков приводит к из-
гибу полосы, увеличивается скольжение металла на контактной по-
верхности, что приводит к повышенному износу валков, поврежде-
ниям поверхности полосы и увеличению внутренних напряжений в
металле. Валок с большим катающим диаметром во время прокатки
становится ведущим по отношению к валку меньшего диаметра, что
приводит к веравномерному распределению крутящего момента про-
катки между валками и увеличению динамических нагрузок в линии
привода. Поэтому при калибровке валков клетей трио с сопряженными
калибрами нужно стремиться к получению минимально возможной
разности катающих диаметров валков в каждом калибре. Для одной
166
пары сопряженных калибров за счет соответствующего выбора началь-
ных диаметров валков и конструкции калибров возможно обеспечить
равенство катающих диаметров (т.е. отсутствие верхнего или нижнего
давления) в каждом калибре. Рассмотрим соотношения, при которых
ыполняются условия mt = б и т2 = 0:
II,к - D,, . 2 (с-с); (167а)
IJ„- D„ - 2(с-Ь). (168а)
Вычитая из (167а) (168а), получим:
"ом- Пов = 2(а-Й). (169)
Гак как НК1 а + с, а НК2 я с + й, то НК1 = ЯК2 = а - Ь, т.е.
Пои “ По» 2(НК1 “ НК2) 2Дйа. (170)
С ледовательно, разность начальных диаметров нижнего и верхнего
полков должна быть равна удвоенной величине обжатия Дйа в ка-
либре 2.
Средний диаметр нижней пары валков равен
^ср.н = (Поя + Пое)/2.
Для верхней пары валков средний диаметр будет равен
Пер,» = (Пос + Пов)/2.
Разность средних диаметров:
0ер.н ” П^ — (Пон * Пос - Пос- По») = ЯК1 - Икз = Д h3, (170а)
т.е. равна величине обжатия Дй2 в калибре 2.
Приняв Пос » (Пов + Пов)/2, определим конструкцию сопряженных
калибров. Из уравнения (167а) получим:
Пои “ (Пои + Пов)/2 = 2 (в —с).
Учитывая (169), после преобразований будем иметь:
u - b = 2 (о - с).
Пополнительно используем уравнения а + с НК1 и С + й = Решив
совместно эти уравнения, получим следующие соотношения в сопря-
женных калибрах:
167
(172)
ЯК1
(173)
Если Dae * (Дпи + D0B)/2, то, обозначив кс - DOe/(DOB + Doe), в резуль-
тате решения рассмотренных выше уравнений, получим следующие
выражения:
— + — + 8-
(171а)
(172а)
(173а)
1 —2ке
где й = —-— (Оои ~ Ah3). Из этих выражений видно, что при
увеличении диаметра среднего валка должна уменьшаться глубина
врезов а и b в нижний и верхний валок, а глубина вреза с в средний
валок должна увеличиваться.
Обычно на бочке валков клети трио нарезают несколько лар сопря-
женных калибров. При горизонтальной установке валков расстояние
между осями валков, т.е. величина средних диаметров нижней и
верхней пары валков, будет одинаковой для всех пар сопряженных
калибров. В общем случае обжатия в четных калибрах не равны между
собой (Aha * Ah4 * Ahs...). Поэтому разностью средних диаметров
нижней и верхней пар валков невозможно обеспечить отсутствие
верхнего и нижнего давлений во всех калибрах одновременно. В этих
случаях разность средних диаметров нижней и верхней пар валков
можно принять равной величине среднего обжатия:
Ам - = A h.,. (174)
При этом в сопряженных калибрах с величиной обжатия в четном
проходе, превышающей Ah^,, будет иметь место верхнее давление,
в калибрах с обжатием меньше Ah^, получим нижнее давление. При
проектировании рациональной калибровки клетей трио необходимо
стремиться к получению минимальной разности обжатий в четных
проходах, что обеспечит минимальную разность давлений в различ-
ных калибрах.
168
В клетях трио целесообразно применять небольшое верхнее давле-
ние, чтобы обеспечить гарантированное направление полосы на ниж-
нюю выводную проводку. Для этого нужно уменьшить на 2+ 4 мм
разность средних диаметров валков:
- (2*<).мм- (174а)
6. Дефект» заготовок
Зачистка металла на блюминге и в потоке НЗС резко снижает ко-
личество поверхностных дефектов на заготовках. Оставшиеся дефек-
ты подлежат удалению с помощью ручных газовых резаков, путем
зырубки пневматическими зубилами или абразивной зачисткой на
адыостаже заготовочного стана. На некоторых НЗС применяют зачистку
поверхности металла в потоке с помощью термофрезерных машин.
При температуре металла до 1050 ’С и скорости движения 0,3-0,5 м/с
раскаты сечением от 140X 140 до 260X260 мм фрезеруют со всех
торон. Толщина снимаемого слоя составляет 1-3 мм. Отходы металла
при фрезерной зачистке представляют собой стружку металла, а не
калину, как при огневой зачистке.
Для заготовок характерны такие же дефекты поверхности и геомет-
рии профиля, которые были описаны выше для блюмов и слябов. До-
ни длительными причинами появления дефектов на поверхности за-
1 отовок могут быть большие потери тепла во время передачи блюмов
'транзитом” на дальнейшую прокатку, различные виды повреждений
готовок, связанные с неудовлетворительным состоянием .оборудо-
ания, а также неправильная настройка стана.
Низкая температура прокатки может вызвать образование трещин,
рванин. На поверхности заготовок могут быть риски, царапины -
деды механических повреждений заготовок изношенной проводко-
юй арматурой или при наварках металла на проводковой арматуре.
Необходимо своевременно осматривать, зачищать или заменять про-
полковую арматуру. На заготовках могут появиться отпечатки - уг-
лубления или выступы, образующиеся при выработке, выкрашивании
пверхности калибров или наварках металла на валки. Необходимо
делать перевалку, переход на новый калибр или зачистить калибры
наждачным кругом.
При неправильной настройке или износе деталей и узлов летучих
ножниц на углах квадратной заготовки могут появиться поврежде-
ния - следы от ударов ножей во время пропусков реза. При износе
ножей увеличивается смятие концов заготовок. Кроме того, смятие
юнцов заготовок может происходить из-за ударов об упор при паке-
ировэнии.
169
Ряд дефектов геометрии поперечного сечения заготовок может
появиться в результате неправильной установки вводной и выводной
арматуры, валков, нарушениях установленных режимов обжатий и
скоростного режима прокатки. Искажение первоначально прямоуголь-
ного сечения заготовки возможно при осевом сдвиге валков, отсутст-
вии их фиксации в осевом направлении. При прокатке в диагональ-
ном квадратном калибра сдвиг валков приводит к разносторонности
профиля. Перекрещивание осей валков вызывает винтообразное скру-
чивание раската вокруг продольной оси заготовки. Смещение калибра
относительно продольной линии прокатки приводит к загибу конца
заготовки, что затрудняет задачу раската в следующую клеть. Все эти
дефекты устраняются при правильной установке валков. При несоос-
ной установке проводковой арматуры и калибра происходит искрив-
ление заготовки по всей длине - серповидкость. При несимметричной
установке вводной архитуры относительно оси калибра возможно
затекание металла в зазор между буртами валков с одной стороны
калибра с образованием одностороннего лампаса на профиле.
На непрерывном стане при неправильной настройке скоростного
режима прокатки заполнение калибров металлом и размеры получае-
мого профиля изменяются по длине прокатываемой полосы из-за из-
менений межклетевых усилий натяжения или подпора в процессе
заполнения стана металлом, при установившемся процессе непрерыв-
ной прокатки во всех клетях и в процессе выхода заднего конца за-
готовки из стана. На концевых участках возможно образование дву-
стороннего лампаса из-за избытка металла, поступающего в калибр,
а в средней части раската может иметь место невыполнение требуе-
мых размеров сторон или диагоналей профиля из-за недостатка ме-
талла. Лия устранения этих дефектов необходимо определить рассогла
сованные клети непрерывного стана и установить скорости валков,
соответствующие согласованному режиму прокатки.
7. Техяико-экоиомкческяе показатели производства
заготовок
Расход металле. Выход годного из непрерывных заготовочных ет&н&х составляет в сред-
не* 97-98 %. При зачистке металла па МОЗ или фрезерной зачистке в потоке непрерывных
заготовочных станов дополнительные потери металла составляют 1,5-2%. Таким обрезом,
расходный коэффициент металла из НЗС составляет 1,02-1,05. На трубозаготовочных ста-
нах расходный коэффициент металла при производстве сорговых заготовок составляй
-1,07, при производстве трубной заготовки с учетом зачистки и обдирки заготовок -
да 1,12.
Расход тепловой энергии при производстве заготовок имеет место при нагреве блюмон
в методических печах трубозаготовочных станов, а также при нагреве слитков и блюмоя
из обжимных и заготовочных станах трио. По данным ТЗС 900/750/* S расход теплово*
энергии на 1 г заготовки составляет 2000 МДж/т. Примерно такой же удельный расход
170
тепловой энергии имеет место из заготовочных пенах трио, ва которых для нагрева блюмов
используются методические печи.
Расход злектрозиергии, затрачиваемой ил прокатку заготовок, работу вспомогательных
механизмов и отделку проката, составляет 20-40 кВт -ч/т.
Расход воды на непрерывно-заготовочных станах составляет 3,5-4 м’/т, на ТЗС и за-
готовочных станах трио - до 10 м3/т. Более низкий расход воды на НЗС объясняется от-
сутствием на НЗС нагревательных устройств и необходимости их охлаждения.
Расход валков на НЗС составляет 0,1-0,12 кг/т годного проката. На валках горизон-
тальных клетей I непрерывной группы НЗС за одну кампанию между переточками калиб-
ров можно прокатать 120-150 тыс. г заготовок, в остальных кпиях НЗС стойкость валков
составляет 60-80 тыс. т. Общее число переточек валков - 7-8. Расход валков из ТЗС и
зготовочных станах трио составляет ~ 0,2 кг/т.
Контрольные вопросы
1. Назовите типы ставов для производства заготовок и укажите их сортамент.
2. В чем заключается отличие различных типов НЗС?
3. Как обеспечивается кантовка ряскма в непрерывной группе, состоящей только из
Г оризонтальных клетей?
4. Лайте характеристику современного типа НЗС.
5. Что ограничивает количество клетей в одной непрерывной группе?
6. Какие системы вытяжных калибров применяются из НЗС при прокатке квадратных
ИТОГОВОЙ?
7, Что называют константой калибровки непрерывного стана, как используется эта ве-
личина при расчете калибровки НЗС?
8. Как определяются размеры ромбических калибров при использовании системы
мб-квадркиаНЗС?
9. Лайте характеристику ТЗС и назовите его сортамент.
10. Какая система калибров используется для прокатки трубной заготовки! В чем заклю-
чаются особенности конфигурации применяемых калибров?
И. Какие калибры называют сопряженными, в чем состоят особенности их конструкции?
L2. При каких условиях прокатки в сопряженных калибрах обеспечивается отсутствие
.ирхнего или нижнего давления?
13. Какие дефекты заготовок могут быть вызваны неправильной настройкой валков,
поводковой арматуры!
14. Какие причины могут вызвать повреждение поверхности заготовок в процессе про-
► «тки, какие меры нужно принять для их устр анения?
Глава V. производство рельсов, балок
.. ШВЕЛЛЕРОВ
I. Сортамент рельсов, балок и швеллеров
Одним из важнейших видов прокатной продукции являются же-
нсэнодорожные рельсы Профиль железнодорожного ральса показан
а рис. 87. Он состоит из массивной головки 1, широкой подошвы 2,
|'Г)разованиой двумя фланцами, и шейки 3. Данные об основных типах
ргльсов, применяемых в настоящее время на железных дорогах нор-
мальной колеи, приведены ниже:
171
Рж. 87. Профиль желииолорехяого рельса Р-65
Тип репка................................. Р-50
Высота рельса, мм................ 152
Ширина головки, мм........................ 70
Ширина подошвы, мм..................... 152
Плопищь поперечного сечения, мм5 • .. 6576
Масса 1 м длины, кг....................... 51,49
Р-75
192
75
160
9580
75,7
В обозначении типа рельса округленно указывается масса 1 м длины
профиля. К рельсам предъявляются высокие требования по точности
профиля, качеству поверхности и механическим свойствам. Репьем
должны быть прочными, износоустойчивыми и ие должны быть хруп
ккми в условиях низких температур. Железнодорожные рельсы прока-
тывают в основном из мартеновской стали с содержанием 0,64-0,8 % С,
0,6-1 % Мп: 0,12-0,28 % Si, ие более 0,04- 0,05 % S и Р.
С ростом грузонапряженности железных дорог, увеличением массы
подвижного состава и скорости движения увеличиваются нагрузки
на рельсы, и для обеспечения достаточной прочности необходимо при-
менение более тяжелых типов рельсов. На наиболее нагруженных
участках дорог намечается применение рельсов типа Р-85. На ненагру*
женньгх линиях применяют рельсы легких типов Р-43, Р-38.
Кроме железнодорожных рельсов для нормальной (широкой) колен,
производят рельсы узкой колеи типов Р-24, Р-18 и др., промышленные
типа Р-33, а также рельсы для трамваев, метрополитена, крановые
рельсы и специальные рельсы для стрелочных остряков и для контр-
рельсов железнодорожных крестовин. Трамвайные рельсы отличаются
от железнодорожных наличием желоба в головке, а также более тон-
кой шейкой и широкой подошвой (рис. 42). Крановые рельсы выпуск
172
Гж. П. Лвуивроиыв (А ® Я швеллерные (в, г) профили:
«, в - е углом внутренних гренЛ флипа®; б, г - е параллельными гранями фпыцев
каются семи типов с шириной головки от 50 до 140 мм. В обозначении
кранового рельса указывается ширина головки (например КР-100 -
ширина головки рельса 100 мм). Профиль кранового рельса отличается
от железнодорожного более короткой и толстой шейкой, широкой и
пассивной головкой.
Двутавровые балки являются широко распространенным строи-
тельным профилем, применяемым в конструкциях, работающих глав-
ным образом на изгиб. В связи с этим важной характеристикой профи-
ля являются моменты сопротивления его сечения на изгиб относитель-
но осей симметрии. В обозначении балочных профилей указывается
номер, величина которого равна высоте сечения балки в сантиметрах.
11а рис. 88 показаны виды двутавровых профилей: с уклоном внутрен-
них граней фланцев до 12 % а и с параллельными гранями фланцев
б. Двутавровые балки общего назначения с уклоном внутренних гра-
ней фланцев являются наиболее распространенными (ГОСТ 8239-72).
В сортаменте этих балок имеется 23 профниеразмера от N* 10 до N* 60
отношением Н/В - 1,8 + 3,15. Двутавровые профили с параллельными
гранями полок разделяют на 4 типа; нормальные двутавры балочного
типа с отношением Н/В = 1,95-5- 3,14 (N* 20Б - N* 100Б4); широкополоч-
1ие двутавры с отношением Н/В - 1,27 - 2,46 (N* 20Ш - д- 100Ш2); колон-
ные профили, у которых отношение Н/В близко к единице (N* 20К -
№40К14); колонные уширенные двутавры с отношением Н/В = 0,7
(«• 20КУ - N* 26КУ9).
Наряду с балками нормального типа прокатывают балки облегчен-
ного типа, отличающиеся более тонкой стенкой, меньшей шириной
попок при одинаковой высоте с балкой нормального типа. Такие бал-
ки используют в тех случаях, когда по условиям эксплуатации они
173
несут легкую нагрузку. Использование тонкостенных профилен поз*
воляет получить экономию металла, достигающую 30 %.
Швеллерный профиль, в отличие от балочного, на каждой полке
имеет только один фланец, причем фланцы обеих полок располагаются
с одной стороны стенки (рис. 88, в, г). В обозначении швеллерных
профилей, так же как и балочных, указывается номер, выражающий
высоту профиля в сантиметрах. Швеллеры общего назначения выпус-
кают по ГОСТ 8240-72 с уклоном внутренних граней полок до 10%
и с параллельными гранями полок. В сортаменте имеется 44 профи-
леразмера швеллера от № 5 до № 40 с отношением Н/В = 1,56 + 3,47.
Профиль швеллера с параллельными гранями полок обозначается но-
мером с буквой П. По ТУ 14-2-204-76 прокатывают швеллеры тонкостен-
ные с узкими параллельными полками от № 12 до № 30 с отношением
Н/В = 4,0 + 4,6.
Швеллеры и двутавровые балки прокатывают в основном из угле-
родистой стали обыкновенного качества и низколегированной стали.
2. Типы станов для производства рельсов, балок
и швеллеров
Производство железнодорожных и других видов рельсов сосредо
точено на специализированных рельсобалочных станах.
Двутавровые балки и швеллеры прокатывают на станах различного
типа, в том числе и на рельсобалочных, в зависимости от размера ба-
лок и швеллеров, особенностей конструкции профиля и требуемой
производительности. В сортамент релъсобалочных станов входят бал-
ки двутавровые № 20-60, швеллеры № 20-40.
Балки с параллельными полками высотой до 1000 мм и шириной
полок до 400 мм прокатывают на универсальных балочных станах.
Для производства балок и швеллеров малых и средних размеров ис-
пользуют линейные, последовательные, полунепрерывные и нелрерыв-
иые сортовые станы с диаметром валков от 300 до 650 мм. В сорта-
мент крупносортных станов 600, 650 входят швеллеры и балки № 10-30,
на среднесортном стане 450 прокатывают швеллеры №8-30 и балки
№ 10-30, на стане 350 - швеллеры № 6,5-12 и балки № 10-12, на стане
300 - швеллеры №5-6,5. Современные высокоскоростные полунепре-
рывные и непрерывные сортовые станы не только являются
производительными агрегатами, но и обеспечивают возможность
лучения экономичных тонкостенных профилей за счет
высокой температуры металла в процессе прокатки.
сохранения
174
1'е/1ьсобмочные станы
Современные рельсобалочные станы являются станами линейного
типа, состоят из 4-5 клетей дуо и трио, расположенных в две или три
1инии. В нашей стране построен ряд современных рельсобалочных ста-
нов, которые отличаются от старых двухвалковых реверсивных ста-
нов как по устройству, так и по технологическому процессу произ-
водства. На рис. 89 приведена схема расположения оборудования
рельсобалочного стана, имеющая наибольшее распространение. Отли-
чительной особенностью современного рельсобалочного стана явля-
ется наличие нагревательных печей /. Вторичный нагрев блюмов в пе-
чах позволяет задавать их в прокатку после предварительного охлаж-
дения, осмотра и ремонта. Это значительно повышает выход годного,
способствует улучшению качества проката, позволяет вести прокатку
в оптимальном температурном режиме. Характерным для этих станов
является наличие в первой линии двухвалковой реверсивной клети
2 с диаметром валков 900-950 мм и длиной бочки 2350 мм, оборудован-
ной манипуляторами и кантователями с обеих сторон клети (малый
блюминг). Установка такой клети позволяет разгрузить блюминг и
использовать для прокатки блюмы увеличенного поперечного сече-
ния (320 X 320 мм), что при длине блюма не более 4,5 м, ограниченной
шириной нагревательных печей, увеличивает массу заготовки и дли-
ну прокатываемых полос на рельсобалочном стане. Привод клети 2
осуществляется от реверсивного электродвигателя мощностью
8700 кВт с частотой вращения 0-50-120 об/мин.
Вторая линия рельсобалочного стана состоит из двух черновых
грехвалковых клетей 3 и 4 и одной чистовой двухвалковой клети 5.
Черновые клети имеют валки диаметром 800 мм с длиной бочки
he. 89. Схеме рюшложения оборудования рельсобелочного стана:
I ~ нагревательные печи; 2 - обжимная клеть дуо 950; 3, 4 - черновые клети трио 800;
5 — чистовая клеть дуо 800; 6 - пилы горячей резки; 7 - клеймовочнвя машина; 8 — гибоч-
ная машина; 9 - холодильник
175
2000 мм. Обе клети приводятся от одного электродиигателя мощностью
8000 кВт с частотой вращения 0-80-180 об/мин. Широкая регулировк»
частоты вращения валков позволяет осуществлять захват на понижен
ной скорости и быстро повышать скорость прокатки после захвата,
снижать скорость перед выбросом полосы. В случае необходимости,
двигатель обеспечивает реверсирование стана. Черновые клети трио
с обеих сторон оборудованы подьемно-качающимися столами, манил у
ляторами и кантователями.
Чистовая двухвалковая клеть 5 установлена на одной оси с линией
черновых трехвалковых клетей, но имеет самостоятельный электро
привод мощностью 3000 кВт с частотой вращения 80-160 об/мин. Диа
метр валков чистовой клети 800 мм, длина бочки 1200 мм. В чистовой
клети применяют установку валков на подшипниках качения, что
способствует повышению точности прокатки.
Имеются рельсобалочные станы, у которых чистовая клеть дуо вы-
делена в самостоятельную третью линию, расположенную на значи-
тельном расстоянии от черновой линии клетей трио. Такая схема рас-
положения оборудования все же имеет недостатки в том, что увеличи-
вается длина стана и усложняется схема передачи раската между кле-
тями черновой линии.
Для прокатки балок облегченного типа и широкополочных ва сов-
ременных рельсобалочных станах используется сменная универсал*
ная клеть, устанавливаемая на месте чистовой двухвалковой клети
Универсальная клеть имеет горизонтальные приводные валки диамет
ром 1000 мм и длиной бочки 600 мм. Между шейками горизонтальны»
валков расположены неприводные вертикальные валки, установлен
ные на подшипниках качения. Диаметр вертикальных валков 800 мм
длина бочки - 300 мм. Горизонтальные валки обрабатывают стенку
и внутренние поверхности полок, вертикальные - полки с внешних
сторон. Применение универсальной клети позволяет уменьшить мй
личину уклона внутренней поверхности полок до 8 % и повысить том
ность профиля.
Порезка прокатанной полосы на мерные длины производится са
лаэковыми пилами 6, за которыми установлена клеймояочная маши
на 7 и гибочная машина 8. Охлаждение прокатанных полос произв
дится на холодильниках 9, откуда они перелаются на отделку и те
мообработку.
В сортамент рельсобалочных станов входят: железнодорожные ре ।
сы широкой колеи от Р-43 до Р-75, трамвайные, крановые, остряковы
балки двутавровые N* 20 - № 60, швеллеры № 20 - № 40, крупные угл
вые профили N* 20 - N* 25, а также заготовки и сортовые профили кр|
лого и квадратного сечения размером от 90 до 180 мм и некотор
специальные профиля. Производительность современного рельсобал!
него стана - 13 + 2.0 млн- т/год.
176
Универсальный балочный стан
Универсальный балочный стан работает в комплексе с блюмингом
1500, на котором прокатываются слитки массой до 23 т и блюмы или
фасонные заготовки сечением от 250 х 250 мм до 470 х 1225 мм длиной
от 3,6 до 11,4 м.
Схема расположения оборудования универсально балочного стана
приведена на рис. 90. На стане имеются три методические нагреватель-
ные печи 1 с шагающим подом для подогрева блюмов и фасонных за-
готовок перед прокаткой до температуры И80-1250’С. При прокатка
балок высотой 600 мм и более металл перед станом может и не подогре-
ваться.
Стан состоит из обжимной клети 2, черновой группы клетей 3, пред-
чистовой группы 4 и чистовой клети 5, расположенных последователь-
но. Обжимная двухвалковая реверсивная клеть 2 имеет валки диамет-
ром 1300 мм с длиной бочки 2800 мм. Привод валков - от двух электро-
двигателей по 5250 кВт каждый с частотой вращения 0-65-100 об/мин.
В зависимости от сечения заготовок и размеров двутавров прокатка
в обжимной клети производится за 5-11 проходов при температуре
конца прокатки не ниже 1150 ‘С. Черновая группа состоит из двухвал-
ковой вспомогательной клети и универсальной клети. Здесь осущест-
вляется реверсивная прокатка одновременно в двух клетях за 5-7 про-
пусков. Вспомогательная клеть имеет валки диаметром 1250 мм, диа-
метр горизонтальных валков универсальной клети 1500 мм, верти-
кальных 1000 мм. В предчистовой группе клетей, в отличие от черно-
пой, первой по ходу прокатки установлена универсальная клеть,
а за ней - вспомогательная двухвалковая клеть. Здесь также осущест-
вляется непрерывная реверсивная прокатка в двух клетях за 3-5
пропусков. Валки обеих клетей имеют такие же размеры, как и валки
hr. W. Схема рклсшожеяня оборудования универсального балочного панк
I - пагреватепьные печи; 2 - обжимная клеть дуо 1300; 3 - черновая группа клетей; 4 -
предчистовая группа клетей; 5 - чистовая универсальная клеть; 6 - пилы горячей, резки;
' - холодильник
177
клетей черновой группы. Чистовая клеть 5 - универсальная, в ней
производится только один пропуск. Валки чистовой клети имеют
такие же размеры, как и валки остальных универсальных клетей
Конструкция универсальных и вспомогательных клетей позволяет
устанавливать горизонтальные валки с различной длиной бочки -
от 1500 до 2050 мм в зависимости от размеров прокатываемого профиля
Перед обжимной клетью и перед каждой группой клетей имеются ус
тановки гидросбива окалины.
Порезка раскатов на штанги длиной от 12 до 30 м с одновременном
обрезкой переднего и заднего концов производвтся двумя стационар-
ными и четырьмя передвижными пилами б горячей резки. После клей
мения штанги поступают на холодильник 7 и далее на участок отдел-
ки. На универсальном балочном стане производят следующие вилы
двутавров: нормальные Б размером Н/В от 200/100 до 1000/320 мы
широкополочные Ш размером от 200/150 до 100/400 мм; колонные I
размером от 200/200 до 400/400 мм; колонные уширенные КУ размером
от 200/260 до 260/400 мм. Кроме того, прокатываются отдельные виды
спецпрофилей. Производительность стана - 1,6 млн. т/год.
Крупносортные станы
Крупносортные станы предназначены для прокатки тяжелых фасо»
ных и простых профилей сортовой стали. В сортамент крупносортны
станов входят рельсы узкой колеи от Р-8 до Р-24, двутавровые балк
и швеллеры № 10-20, угловая равнобокая и неравнобокая сталь
шириной полок 80-200 мм, а также заготовки и сортовая сталь кру:
лого и квадратного сечения размером 60- 200 мм. Крупносортные сп
ны 650 линейного типа, построенные в 60-е голы, состоят из четырех
клетей, расположенных в две линии. По схеме расположения и составу
рабочих клетей эти станы аналогичны рслъсобалочным станам (рис. 89
Более старыми являются зигзагообразные станы 500 с последовя
тельным расположением клетей в трех параллельных линиях (рис. 91
Заготовки сечением 120 X 120, 150 X 150 и 150 х 180 мм, длиной 4,6-4,9
нагревают в пяти методических печах. В первой линии установлены
четыре черновые клети дуо с приводом от общего нерегулируемое
электродвигателя переменного тока и пятая клеть, имеющая общ»
электропривод с шестой клетью, установленной во второй лини
Во второй линии также установлены 7- и 8-я клети на большом ра
стоянии друг от друга, из которых седьмая имеет индивипуальнь И
привод, а восьмая - общий с чистовой клетью, установленной в третье
линии. Расстояние между клетями позволяет вести прокатку в каждой
клети независимо от остальных. Все клети стана двухвалковые нер
версивные. Диаметр валков 1-4-й клетей 660 мм, 5-9-й клетей 570 мм
178
179
Раскаты с линии на пинию передаются шлепперами. При необходи
мости можно исключить проходы в 5- и 6-й клетях, передавая раскат
на вторую линию с помощью шлепперов после четвертой клети. Ско-
рость прокатки в клетях 5-9 регулируется и на выходе чистовой
кпети достигает 6-6,5 м/с. На линии отводящего рольганга установлены
пять дисковых пил горячей резки. Стан обслуживают двусторонний
холодильник цепного типа, ножницы холодной резки, правильные
машины. В сортаменте стана: рельсы типов Р-15, Р-18, балки и швеллеры
№10-18, угловая сталь равнополочная и неравнополочная с размером
полок от 75 до 160 мм, а также простые сортовые профили со стороной
сечения 50-100 мм. Производительность стана - свыше 1 млн. т/год.
Первый полунепрерывный крупносортный стан 600 построен hi
Коммунарском металлургическом комбинате (рис. 92). Стан предназ-
начен для прокатки широкого сортамента профилей: сортовой круглой
стали и трубной заготовки диаметром 50-140 мм, квадратной стали
размером 50-100 мм, полосы толщиной 14-60 мм, шириной 100-200 мм,
двутавровых балок и швеллеров № 10-20, рудничных рельсов типом
Р-15, Р-18, Р-24, угловой равнобокой стали №8-16, неравнобокой
№ 9/5,6-18/11 и некоторых специальных профилей. Стан 600 по существу
представляет собой сочетание двух станов: заготовочного и сортово-
го. Прокатка производится из блюмов сечением 310Х 310 мм длиной
5,5-6 м, которые нагреваются до температуры 1250 *С в четырех мето-
дических печах 1. Стан состоит из 17 двухвалковых рабочих клетей,
расположенных последовательно в трех параллельных линиях, связан-
ных между собой передаточными шлепперами. Первые шесть клетей
первой линии представляют собой заготовочную группу 2, в которой
первая клеть установлена отдельно, а остальные пять клетей состав-
ляют непрерывную группу с чередованием клетей с вертикальными
и горизонтальными валками. Первая и вторая клети имеют диаметр
валков 850 мм, последующие клети 730 мм. Полученная заготовка
перед дальнейшей прокаткой подогревается в проходной печи 3 до
температуры 1150-1180 *С и раскраивается на 800-тс ножницах 4, уста-
новленных после проходной печи. В продолжении первой линии ус-
тановлены еще 4 клети, из которых первая горизонтальная клеть J
установлена отдельно, а остальные три клети составляют вторую не-
прерывную группу 6, состоящую из одной вертикальной и двух гори-
зонтальных клетей. При прокатке фасонных профилей разрезную
заготовку получают из отдельно стоящей клети, а необходимая ширин*
заготовки обеспечивается боковым обжатием в последующей клети
с вертикальными валками.
После второй непрерывной группы клетей раскат попадает в четы-
ре клети второй параллельной линии и далее в три клети третьей ли-
нии. Последние пять клетей представляют собой чистовую группу
180
горизонтальных съемных клетей 580 с установкой валков на подшип-
никах жидкостного трения. Перед 1, 2, 7, 8, II-17-й клетями установ-
лены кантователи. Передаточные шлепперы позволяют попарно исклю-
чать из технологического процесса клети, расположенные на второй
и третьей линиях. При прокатке двутавровых балок на место последней
чистовой клети устанавливают универсальную рабочую клеть. Темпе-
ратура металла в конце прокатки в зависимости от сечения профиля
составляет 800-1000 °C. Скорость прокатки достигает 10 м/с.
После прокатки полосу длиной до 96 м разрезают на мерные штан-
ги от б до 24 м маятниковыми пилами горячей резки. Установлено
девять передвижных пил и одна стационарная. Штанги после клейме-
ния поступают на холодильник и на последующую отделку. Произ-
водительность стана - до 1,6 млн. т/год.
Полунепрерывный стан 550, установленный на заводе им. Петровско-
го (г. Днепропетровск), предназначен для производства фасонных
профилей общего и специального назначения (рис. 93). На стане про-
катывают швеллеры №12, 12П, угловую сталь №8, 9, арматурные
профили № 14,16, автоободы, антопетли, автооси, лемехи и др.
Исходные заготовки - сечением 90-200 X 140-350 мм, длиной
2,3-5,3 м - нагревают в диух методических печах с шагающим подом
до 1200-1220 °C. Прокатка ведется на 8- клетевом стане, расположен-
ном в две параллельные четырехклетевые рабочие линии. Первая
клеть - обжимная раверсивная двухвалковая 670 с длиной бочки
1900 мм. Валки установлены на подшипниках качения. Клеть обору-
дована рабочими и раскатными рольгангами, роликовыми кантова-
телями-манипуляторами - по два с каждой стороны. Перед клетью
имеется установка гидросбива окалины. В клети 670 осуществляют
от 1 до 5 проходов, в остальных клетях - по одному проходу. Клети
№2-8 нереверсивные предварительно напряженные, валки диаметром
630 мм с длиной бочки 800 мм установлены на подшипниках жидкостно-
го трения. Все клети стана имеют индивидуальный электропривод,
Клети № 2-3 и №5-6 составляют непрерывные группы. После выхода
из четвертой клети раскат шлепперами передается на вторую линию.
Для кантовки раскатов на 45 и 90° перед клетями № 2, 4, 5, 7, 8 уста-
новлены шайбовые кантователи. Клети № 2 и № 3 оборудованы кантую-
щими валками. При прокатке периодических профилей применяется
специальная клеть № 8 и установка задающе-следящих роликов. Перед
чистовым проходом в клети №8 производится гидросбив окалины
Температура конца прокатки - не ниже 780-800 °C. После выхода из
чистовой клети раскат подается к пилам горячей резки. Имеется 8
пил для обрезки концов и деления раската на мерные длины. После
клеймения полосы передаются на холодильник и далее на участок
холодной отделки.
187
183
184
Годовой объем производства на стане 550 составляет 750 тыс. т.
Непрерывный стан 450 установлен на Западно-Сибирском металлур-
гическом комбинате (рис. 94). По составу оборудования, расположе-
нию рабочих клетей и технологическому процессу этот стан является
единственным в мировой практике. Стан предназначен для прокатки
двутавровых балок и швеллеров нормальных, облегченных, с парал-
лельными гранями полок № 10-30, угловой стали равнополочной и
неравнополочной с длиной полки 75-125 мм, круглой и квадратной
стали размером 30-60 мм и др. Исходными являются заготовки сече-
нием 150 х 150,135 х 200; 150 х 200, 160 х 270 мм длиной 4-12 м. Нагрев
металла осуществляется в методических печах 1 с шагающими балками.
Заготовки легированной и высокоуглеродистой стали перед посадкой
в печь медленно нагревают в подогревательных печах до 300-800’С.
Заготовки выдаются из печи машиной безударной выдачи и транспор-
тируются к ножницам 2 горячей резки для раскроя. Между ножни-
цами и первой клетью установлена МОЗ (3) для сплошной зачистки
со скоростью 0,3-0,75 м/с заготовок из углеродистых и качественных
конструкционных и легированных марок стали. Температура металла
перед зачисткой - не ниже 1120’С. Удаление окалины с поверхности
1ДГОТОВКИ производится водой под давлением 14,7 МПа. Форсунки
идросбива окалины смонтированы в герметичном корпусе перед
передвижными газорежущими блоками. Использование МОЗ позво-
ляет улучшить качество поверхности проката, уменьшить затраты
тяжелого ручного труда на складе заготовок.
Черновые клети 4 расположены в виде трех непрерывных групп,
по три клети в каждой, из которых крайние - с горизонтальными
палками, а средняя (комбинированная) может работать с установкой
палков как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.
Расстояние между непрерывными группами позволяет свободно раз-
местить раскат. Перед каждой непрерывной группой имеются канто-
ватели. Чистовая непрерывная группа 5 состоит из семи клетей: комби-
нированных, с горизонтальным расположением валков и универсаль-
ных. Универсальные клети используются для обжатия полок двутав-
ровых балок и швеллеров и обеспечивают получение параллельных
граней полок. При прокатке других профилей универсальные клети
могут работать как обычные клети с горизонтальным расположением
палков. Перед чистовой клетью и на выходе из нее установлены лету-
1ие ножницы. Скорость прокатки на стане 4-12 м/с.
После охлаждения на холодильнике раскаты проходят технологи-
1сские операции: правку, резку на мерные длины, пакетирование,
увязку пакетов, взвешивание и складирование. Производительность
рельсобалочного стана 1,5 млн. т/год.
185
3. Технологические операции при производстве рельсов
Железнодорожные рельсы широкой колеи производят длиной 25 м
Исходя из этого определяются длина и масса блюмов, а также масса
слитка для прокатки рельсов. Для прокатки рельсов применяют слит-
ки массой до 9,8 т, из каждого слитка получают два блюма, а из каж-
дого блюма - по два рельса длиной 25 м. Большая степень деформации
слитка способствует разрушению первичной литой структуры метал*
ла и благоприятно сказывается на механических свойствах и эксплуа-
тационных показателях рельсов.
На современных рельсобалочных станах прокатка производится
после вторичного нагрева блюмов до 1180-1200’С. В обжимной клети
производвтсл 5-7 проходов и получается грубопрофилированная по-
лоса длиной 9-12 м, которая поступает к черновой линии клетей трло.
В каждой черновой клети осуществляется 3-4 прохода, в которых
постепенно формируется заданный профиль. Полученный раскат шлеп-
перами передается в чистовую рабочую клеть дуо, где за один проход
окончательно формируется профиль готового рельса. Температура
конца прокатки должна быть не выше 1000 “С. При более высокой
температуре образуется крупнозернистая структура, что значительно
ухудшает пластические свойства металла. Неравномерный нагрев
и низкая температура конца прокатки способствуют развитию наруж
вых пороков, влияют на точность размеров профиля.
Прокатанные рельсовые полосы дисковыми пилами разрезают на
мерные длины 25 м с припуском на усадку металла по длине при ох-
лаждении и на фрезерование торцов рельсов. После резки рельсы про-
ходят клеймовочную машину и поступают в роликовую гибочную
машину для изгиба рельсов на подошву. Этот изгиб рельсов предназ*
начен компенсировать последующее искривление рельсов в сторону
головки в процессе охлаждения рельса на холодильнике. Искривление
рельсов в процессе охлаждения объясняется различием температур
головки и подошвы в конце прокатки: температура головки рельса
по окончании прокатки на 56-70 *С выше температуры подошвы,
так как подошва имеет значительно большую поверхность охлажде*
ния. Предварительный изгиб рельсов в горячем состоянии позволяет
получить после охлаждения прямые рельсы и при окончательной
правке в холодном состоянии уменьшить величину внутренних напря-
жений в металле, снижающих качество рельсов.
На всех современных рельсобалочных станах рельсы подвергаются
замедленному охлаждению или изотермической выдержке для пре-
дотвращения образование флокенов. Рельсы охлаждают на холодиль-
нике в атмосфере цеха до 450-500 *С, а затем загружают в колодцы,
выложенные огнеупорным кирпичом, и закрывают теплоизолирующей
186
крышкой. В колодцах рельсы медленно охлаждаются в течение 6-8 ч
до температуры 100—150 *С. За это время происходит выделение во-
дорода из горячего металла путем диффузии, и флокены в рельсах
не образуются. Более эффективным и высокопроизводительным спо-
собом предотвращения образования флокенов является изотермичес-
кая выдержка рельсов в печах при температура 600±20*С в течение
двух часов. При этой температура скорость диффузии водорода зна-
чительно выше, чем в условиях замедленного охлаждения в ко под-
пах. Поэтому значительно сокращается время выдержки, а также
исключаются сложные операции загрузки рельсов в колодцы и выгруз-
ки. Изотермические печи отвечают требованиям поточности производ-
ства.
После выдержки в изотермических печах и остывания рельсы пра-
нят на роликоправильной машине при температура не выше 60 *С.
Для получения требуемой длины и плоских торцов концы рельсов фре-
зеруют, а также сверлят отверстия овальной формы в шейках для
болтового соединения рельсов.
Далее осуществляется термообработка. Рельсы, проходя через сек-
ционную печь с роликовым подом, нагреваются до 850-930 *С и поштуч-
но проходят объемную закалку в масле на сорбидную структуру. За-
тем - отпуск в течение двух часов при 450-480’С. После отпуска
рельсы вновь проходят правку в холодном состоянии на роликопра-
пильной машине в двух плоскостях. Концы рельсов доправляют на
вертикальных правильных прессах.
Кроме объемной закалки в масле, применяют и другие способм тер-
мической обработки рельсов. Наиболее простым методом улучшения
свойств рельсовой стали является нормализация - повторный нагрев
олодного рельса до 860-880'С и последующее охлаждение на воз-
духе. Нормализации способствует резкому снижению остаточных
напряжений в рельсах, повышаются показатели пластичности, уста-
лостная прочность. Вместо охлаждения на воздухе рельсы после нор-
мализациониого нагрева могут быть направлены в сорбитизационную
машину для закалки поверхности катания по всей длине. Сорбитную
структуру в головке рельса можно получить и с прокатного нагрева.
При этом температура металла должна быть не ниже 750’С. Головка
рельса обрызгивается водой или периодически погружается в воду
: последующим самоотпуском. Наибольшим динамическим воздейст-
виям при эксплуатации рельсов подвергаются их концы на стыках.
‘1тобы увеличить прочность и износостойкость концов рельсов их
»акаливают на сорбит на участке ~ 100 мм. На конец рельса надевают
индуктор и нагревают токами высокой частоты. После нагрева конца
рельса индуктор отключается и периодически подается жидкость -
вода или эмульсия. Происходит закалка с самоотпуском. Твердость
187
закаленных концов должна быть 300-400 НВ. На инспекторских стел-
лажах производится осмотр и приемка рельсов. После приемки peni
сов заводским ОТК их направляют для приемки инспектору МПС,
который проводит наружный осмотр и выполняет приемо-сдаточные
испытания химического состава рельсов, механических свойств на
растяжение, ударную вязкость, твердость, технологические пробы
(испытания на удар под копром). Соответствие каждого рельса требо-
ваниям стандарта удостоверяется клеймом инспектора МПС.
4. Технологический процесс производства двутавровых
балок и швеллеров
Промежуточный нагрев блюмов перед прокаткой на рельсобаноч-
ных и других сортовых станах имеет ряд технологических преимуществ
по сравнению с прокаткой ’’транзитом”. Возможность осмотра и ре-
монта блюмов, независимая работа станов, повышение температуры
начала прокатки и стабилизация температурного режима увеличи-
вают выход годного, сокращается расход энергии на прокатку и износ
валков. В то же время промежуточный нагрев требует дополнитель-
ных затрат на сооружение и эксплуатацию нагревательных печей,
приводит к дополнительному угару металла, расходу топлива, в соот-
ветствии с размерами печей ограничиваются размеры блюмов. Решаю-
щим преимуществом промежуточного нагрева блюмов является воз-
можность производства экономичных облегченных тонкостенных про-
филей двутавровых балок и швеллеров.
Облегченные балки и швеллеры отличаются от нормальных разме-
рами элементов и весом погонного метра профиля. Толщина стенки
и средняя толщина фланцев примерно на 25 % меньше, чем у нормаль-
ных. Для всех видов облегченных профилей характерно интенсивное
охлаждение металла вследствие сравнительно небольшой их массы-
Температура конца прокатки снижается на 20-60 *С. Промежуточный
нагрев позволяет повысить температуру начала прокатки и получить
облегченный профиль при технологически допускаемой температуре
конца прокатки.
Балки и швеллеры производится из рядовых и низколегированных
марок сталей: Ст0-Ст5,10ХСНД, 15ХСНД и др.
Форма двутавровых профилей и швеллеров существенно отличается
от прямоугольного сечения исходной заготовки. Поэтому их невоз-
можно получить, применяя равномерное обжатие по ширине профиля.
Прокатку этих профилей выполняют таким образом, чтобы максималь-
ную неравномерность деформация получать в первых проходах, ког-
да металл имеет высокую температуру и более пластичен, чем в после-
дующих проходах. Первым фасонным калибром, придающим раскату
188
черновую форму балки или швеллера, является разрезной калибр*
Если из-за условий захвата невозможно получить нужную заготовку
в одном калибре, применяют прокатку в двух разрезных калибрах.
Прокатка крупных номеров профилей иногда осуществляется из фасон-
ных блюмов.
Профильная заготовка поступает на прокатку в черновые клети
с балочными или швеллерными калибрами. В балочных калибрах поло-
жение открытых фланцев чередуется в следующих друг за другом
калибрах. Это дает возможность поочередно интенсивно обрабатывать
верхнюю и нижнюю часть профили без его кантовки. В клетях дуо и
трио применяют прокатку в прямых и наклонных калибрах. При нак-
лонном расположении калибров возникают осевые условия, которые
стремятся сдвинуть верхний и нижний валки в разные стороны. Для
предотвращения сдвига на валках нарезают упорные бурты, что вызыва-
ет трудности в настройке и эксплуатации валков.
В обычных калибрах наличие выпусков не позволяет получить про-
филь с параллельными гранями полок. Применение универсальных
калибров создает благоприятные условия деформации при прокатке
двутавровых и швеллерных профилей- Настройкой валков достига-
ется близкая к равномерной деформация стенки и фланцев, умень-
шаются перетекания металла в калибра, что положительно влияет на
качество профиля.
Кроме универсальных клетей, хорошие результаты дает приме-
нение кассет с вертикальными неприводными валками, устанавливае-
мых между валками горизонтальных двухвалковых клетей (рис. 95).
Кассеты конструкции ДМетИ получили широкое применение при произ-
водстве двутавровых балок и швеллеров вследствие простоты конст-
рукции, удобства обслуживания, небольших затрат на их изготовле-
ние, что позволяет использовать универсальные калибры ие только
в чистовой клети, но и в нескольких черновых проходах. Использо-
вание кассет сыграло важную роль в освоении производства профилей
с параллельными гранями полок на обычных станах.
При прокатке балок и швеллеров применяют валки повышенной
износостойкости из легированных чугунов и заэвтектоидных сталей.
Хорошие результаты дает использование чугунных валков с калибра-
ми, профилированными при отливке. Значительно увеличивает срок
службы стальных валков наплавка калибров порошковой проволо-
кой под флюсом. Наплавка позволяет восстанавливать первоначаль-
ную ширину калибра. В универсальных калибрах по сравнению с
обычными значительно уменьшается скольжение металла по поверх-
ности калибра, в результате уменьшается износ валков и расход вал-
ков на тонну проката.
В процессе прокатки используют приспособления для сбива воды
189
Рж. 95. Кмеетв с вертикальными валками конструкции ДМетИ:
1 - горизонтальные валки рабочей клети; 2 — вертикальные валки кассеты; 3 - эксцентри-
ковое нажимное устройство; 4 - шпильки крепления кассеты к арматурным брусьям;
5 — домкраты для регулировки положения и фиксации кассеты с вертикальными валками
относительно горизонтальных валков рабочей клети
и окалины с поверхности полосы сжатым воздухом или паром. На
новых станах имеются установки гидросбива окалины.
Сохранению температуры металла способствует повышение скорости
прокатки и сокращение времени вспомогательных операций на пере-
дачу металла из калибра в калибр. В этом отношении преимущество
имеют полунепрерывные и непрерывные станы, на которых высокая
температура конца прокатки позволяет получать тонкостенные про-
фили. На линейных станах при низкой температура металла ’’пружина”
валков достигает величины, соизмеримой с толщиной стенки балки
или швеллера. Для получения тонкостенных профилей на новых станах
применяют жесткие предварительно напряженные клети.
Прокатку в непрерывных группах осуществляют с небольшим на-
тяжением полосы между клетями. На стане 450 в чистовой непрерыв-
ной группе клетей прокатку ведут с небольшой свободной петлей,
поддерживаемой петлсвиками.
Прокатанную полосу режут на мерные длины на пилах горячей рез-
ки, что позволяет получить роввый торец штанги без смятия
концов. Для контроля качества поверхности и размеров профиля на
190
пилах отрезают пробы от переднего и заднего концов полосы. Для
передачи проб к чистовой клети используют пневмопочту.
На стане 450 для получения повышенных прочностных свойств при
высокой пластичности, ударной вязкости в области низких темпера-
тур (-70 *С) и уменьшения окалниообразования предусмотрено двух-
стадийное охлаждение металла: от температуры конца прокатки 1050 *С
до 800 ... 850 *С в секции, установленной между последней клбтью
и летучими ножницами; охлаждение до 600... 650 *С за летучими нож-
ницами. Получаемая при этом ферритно-перлитная структуре в мало-
углеродистых сталях характеризуется высокой дисперсностью. В ста-
ли с повышенным содержанием углерода и в низко легированной ста-
ли структура мартенситная с последующим самоотпуском.
Балки, швеллеры и другие профили сортовой стали после резки на
пилах и охлаждения на холодильнике поступают на отделку. Для прав-
ки балок и швеллеров используют ропикоправильные машины, концы
полос поправляют на горизонтальных правильных прессах. На инспек-
торских стеллажах имеются кантователи, ножницы или пилы холод-
ной резки, пакетировочные устройства с вязальными машинами и
весами. Готовые профили выпускаются длиной от 4 до 30 м.
5. Калибровка валков для прокатки двутавровых балок
Все способы прокатки двутавровых балок принято разделять на
три группы: прокатка в прямых калибрах; прокатка в наклонных ка-
либрах; прокатка с применением универсальных балочных калибров.
Прокатка в прямых калибрах
Этот способ прокатки может быть реализован с использованием
чакрытых и открытых калибров.
При прокатке балок малых размеров (№ 10-30) используют только
калибры закрытого типа (рис. 96, а). Первый фасонный калибр, подго-
тавливающий заготовку к форме готового профиля - разрезной, вы-
полняют закрытым с острыми гребнями. В закрытом калибра ограни-
чивается течение металла в направлении уширения, что способствует
получению высоких фланцев. В последующих черновых проходах
11рофиль постепенно обжимают в закрытых балочных калибрах с чере-
дующимся расположением относительно горизонтальной оси откры-
тых и закрытых фланцевых ручьев. При этом без кантовки полосы
происходит попеременно обжатие фланцев в закрытых и открытых
ручьях. Поскольку характер деформации в закрытых и открытых флан-
цах отличается (в закрытых фланцах происходит утяжка, а в откры-
тых - приращение высоты фланца) чередование обжатий позволяет
191
Уж. 96. Схемы проклтки двутавровых балок в прямых квлиЕра»
а - прокатка балок малых размеров в закрытых калибрах (1-5 — номера проходов;; б -
прокатка грешит и крупных балок; проходы 1—? — в открытых калибрах обжимной р*
версивяой клети; проходы 8—П — в закрытых калибрах
получить одинаковую высоту всех фланцев на чистовом балочном про-
филе. На рис. 96, а видно, что из-за уклонов наружных граней калиб-
ров ширине калибра со стороны закрытых фланцев всегда меньше
ширины со стороны открытых фланцев. Это приводит к тому, что ши-
рина задаваемой полосы по открытым фланцам оказывается больше
ширины калибре. Поэтому при входе в калибр происходит изгиб от-
крытых фланцев на полосе навстречу друг другу, а закрытых - а
противоположном направлении. Процесс захвата обычно облегчает
образующийся на концах раската "язык” - удлинение стенки профи-
ля, который первым захватывается гребнями валков, а затем втяги-
вает в очаг деформации всю полосу одновременно с подгибом флаи
цев.
Уклон боковых стенок в разрезном и первых черновых калибрах
принимают 4- 8 %, а в последующих калибрах постепенно уменьшают
до 0,5 % в чистовом калибре. В разрезном и чистовом калибрах для
закрытых и открытых ручьев уклоны, как правило, делают одинако-
выми. В промежуточных калибрах закрытые фланцы выполняют с
уклоном наружных граней 2-3%, открытых - 5-8 %. Уклон внутрен-
них граней фланцевых ручьев изменяется от 40-70 % в разрезном ка-
либре до 12-16 % в чистовом калибре.
192
При прокатке балок средних и крупных размеров (N* 33-60) пер-
©начальный черновой профиль получают в открытых разрезных и
балочных калибрах с широкими тупыми гребнями (рис. 96, б). Профили
крупных размеров имеют большую ширину стенки, поэтому нужно по-
ручить черновой профиль с широкой стенкой, используя широкие
|ребни. Применение закрытых разрезных калибров невозможно из-за
। лубокого вреза калибра в валок. В открытых калибрах с широкими
гребнями формирование фланцев затрудняется. Большой объем ме-
талла, обжимаемого гребнем, идет в вытяжку и вызывает утяжку вы-
соты фланцев.
В каждом открытом калибра делается несколько проходов с изме-
нением расстояния между валками. После двух-четырех проходов
металл переполняет калибр и выходит в зазор между валками, поэ-
тому раскат кантуют на 90* и прокатывают в ребровом калибре. Для
©лучения чернового профиля по этому способу прокатки требуется
7-9 проходов (при прокатка в закрытых калибрах с острыми греб-
нями - 2-3 прохода), которые выполняются в обжимной двухвалко-
вой реверсивной клети рельсобавочного или крупносортного стана,
, при прокатке крупных балок №45—60 и в последних проходах ив
блюминге.
Дальнейшая прокатка профиля происходит в закрытых балочных
калибрах, размещаемых на валках черновых клетей трио и чистовой
дуо. В связи с необходимостью получения высоких фланцев у балок
крупных размеров применяют интенсивное боковое обжатие фланцев
к открытых ручьях, а в закрытых фланцах боковое обжатие умень-
шают или полностью исключают. Коэффициент обжатия стенки прини-
мают меньше коэффициента обжатия фланцев, чтобы исключить тя-
нущее действие стенки на фланцы. Стенку также подвергают попереч-
ному растяжению (принудительному уширению) гребнями валков,
что уменьшает ее вытяжку. Все эти мероприятия способствуют получе-
нию высоких фланцев. Для увеличения интенсивности бокового об-
жатия фланцев и прокатки тонкостенных балок с уменьшенными ук-
лонами внутренних граней и увеличенной шириной полок применяют
калибры с повышенным уклоном наружных боковых граней фланцев
до 12% с одновременным изгибом стенки таким образом, чтобы в
месте сопряжения стенки с фланцами получался прямой угол (90”).
И таких калибрах при входе раската в последующий калибр стенка
профиля изменяет направление изгиба на противоположное.
Прокатка в наклонных калибрах
По этому способу прокатку ведут в балочных калибрах, ось симмет-
рии которых наклонена к горизонтальной оси под углом 15-20*. В
каждом последующем калибра направление наклона изменяется на
193
Тк.97. Схемы расположения из валках предыдущего (а) в последующего (б) наклонных
балочных калибров
противоположное (рис. 97). Наклонные калибры .имеют диагональное
расположение разъемов. Открытые и закрытые фланцы в этом случае
располагаются в калибрах по диагонали. Так же, как и при прокатке
в прямых калибрах, фланцы профиля поочередно обжимаются то
открытых, то в закрытых ручьях калибра. Благодаря наклону шейки
калибра увеличиваются уклоны боковых граней фланцевых ручьев
(кроме втгутренпей боковой грани закрытого фланца), что позволяет
повысить интенсивность обжатия открытых фланцев. Это дает воз
можность сократить число проходов, повысить температуру конца
прокатки, прокатывать балки с уменьшенными наклонами внутрен-
них граней полок, тонкостенные и широкополочные. В наклонных
калибрах можно обжимать профиль по ширине. Несмотря на это, ука-
занный способ прокатки не получил широкого применения в практи-
ке из-за следующих недостатков: возникающие при прокатке в на-
клонных калибрах осевые силы распирают валки и по мере износа
упорных конусов увеличивается ширина калибра и особенно толщи-
на открытых фланцев. Это вызывает скручивание профиля, затруд-
няет вход раската в валки. Кровле того, оба валка имеют глубокий
врез ручьев, что снижает их прочность.
Прокатка балок с применением универсальных калибров
Универсальные балочные калибры применяют в качестве чистовых
при прокатка балок на линейных и последовательных станах. На
универсальных балочных, полунепрерывных и непрерывных станах
универсальные калибры широко используются в качестве черновых,
предчистовых и чистовых. При прокатке в универсальном калибра
фланцы профиля получают приращение по высоте, т.е. уширяются.
Поэтому с целью получения заданной ширины полок фланцы обжимают
по высоте во вспомогательных горизонтальных клетях. На рис. 98
194
he. M. Схемы деформации Балочного профиля во вспомогательной клети (в) и в универ-
алыюй клети (р)
показана схема обжатия балочного профиля в универсальной и вспо-
могательной клетях.
Во всех проходах, кроме чистового, прокатку ведут с отогнутмми
фланцами. Угол наклона фланцев в черновой универсальной клети
составляет 8-16 %, в промежуточной - 6-8 %. У валков вспомогатель-
ных клетей угол наклона боковых граней принимают равным углу
наклона фланцев в универсальной клети, а поверхность реборды
вытачивают под углом 90е к боковой грани. Во вспомогательной клети
стенка балки не обжимается. Ширину калибра по внутренним граням
фланцев обычно принимают одинаковой для всех универсальных кле-
тей. На непрерывном стане 450 прокатка в универсальных калибрах
чередуется с обжатием полосы в открытых балочных калибрах, что
обеспечивает получение полок профиля одинаковой высоты.
Основные положения калибровки двутавровых балок
Вопросам разработки калибровок валков для прокатки двутавро-
вых балок посвящены труды В.Е. Грум-Гржимайло, Б.П. Бахтинова,
М.М. Штернова, П.И. Полухина, А.П. Чекмарева, М.С. Мутьева, Н.В. Ли-
товченко, Б.Б. Диомидова, И.Я. Тарновского, В.Т. Жадана, Д.И. Стар-
ченко, Н.А. Челышева, А.Н. Скороходова, Б.М. Илюковича, Н.Ф. Грицу-
ка, Ф.Е. Долженкова и других ученых. Сложность процесса деформа-
ции во фланцевых калибрах и многообразие факторов, оказывающих
влияние на процесс деформации, приводит к тому, что существующие
методы и формулы для расчета фланцевых калибров не дают надеж-
ных результатов, поэтому многие вопросы расчета калибровки фасон-
ных профилей решаются на основе учета практических данных про-
катки и калибровки аналогичных профилей на действующих станах.
195
Выбор числа проходов в фасонных калибрах
Число проходов в фасонных калибрах, необходимых для формиро-
вания профиля, зависит от номера профиля: чем крупнее размер про-
филя, тем большее количество проходов необходимо для его получе-
ния. Это связано с тем, что для крупных профилей увеличивается абсо-
лютная разность размеров заготовок и элементов готового профили,
уменьшаются вытяжки за проход из-за значительного увеличения
нагрузок. Кроме того, с увеличением номера профиля увеличивается
ширине стенки и возникают условия, когда интенсивное обжатие
стенки может привести к утяжке высоты фланцев.
На практике число проходов для получения того или иного профиля
является более или менее установившимся в сравнительно узких
пределах. На рис. 99 приведен график, рекомендованный А.П. Чекма-
ревым для выбора числа фасонных калибров (включая разрезной)
при прокатке двутавровых балок и швеллеров. Указанные на графике
нижняя и верхняя границы числа фасонных калибров являются ориен-
тировочными для выбора числа проходов с учетом конкретных ус-
ловии прокатного стана: мощности привода, прочности валков, марки
прокатываемой стали, температуры прокатки и т.п. Если условия
благоприятны, число проходов можно принять ближе к нижней гра-
нице.
По рекомендации Б.П. Бахтинова, при выборе числа фасонных ка-
либров следует пользоваться следующими данными:
Номер профиля................ 10—12 12-10 18-24 24—€0
Число проходов............... «-8 7-9 8-11 18-15
Уширение при прокатке балок. На рис. 100 приведены графики для
выбора величины уширения в двутавровых и швеллерных калибрах,
рекомендованные А.П. Чекмаревым на основании обобщения данных
хорошо работающих практических калибровок. Практика показала,
что уширение может изменяться в весьма широких пределах при дос-
таточно удовлетворительных результатах работы прокатного стана.
При ограничении уширения увеличивается высота открытого фланца,
меньше утягивается закрытый фланец.
Для определения уширения в балочных калибрах Б.П. Бахтиновым
и М.М. Штерновым рекомендована формула
АВ( - 0,01 В„ + 0 - 1), (175)
где АВ/ - величина уширения в калибра с номером f (против хода
прокатки); В„ - ширине чистового калибре.
Н.В. Литовченко и др. предложено рассчитывать уширение по фор'
муле
196
10 20 30 10 50 60
Натра баш и швеллеров
О 20 W 60
номера балок и швеллеров
Гж. 95. График для выбор» чиел» калибров при прокатке двутавровых балок и швшпирсв
he. 110. График для выбор» величиям уширения в двутавровых и швеллерных калибрах:
I - суммарное уширение во всех калибрах, кроме раареяиго; Л - уширение в разрезном
калибре
м, - ла, + -iy-.
(176)
Уширение в чистовом калибре Д5П определяется в зависимости от
номера балки и марки стали:
Номер балки.............. 10—14 18—34 27-40 45-60
(в числителе - величина уширения низкоуглеродистой стали, в зна-
менателе - высокоуглеродистой и легированной).
Определение размеров фланцев. Различие условий деформации в
открытых и закрытых фланцах приводит к тому, что обычно в закры-
тых ручьях калибра высота фланцев уменьшается, происходит утяжка
металла. В открытых фланцах высота, как правило, увеличивается.
Утяжка и приращение высоты фланцев зависят от сочетания многих
факторов: степени бокового обжатия фланцев и соотношения обжа-
тий фланцев и стенки, величины уширения в калибре, выпусков,
коэффициента трения и др.
Для определении приращения высоты и утяжки фланцев в балоч-
ных калибрах можно руководствоваться практическими данными,
приведенными в табл. 19.
197
Га блице 19. Средние величжкы пряржценет вькоты и утяжкж флишев
в балочных калибрах
Номер белки Приращение высоты фланцев Утяжка высоты фланцев в открытых ручьях калибров, в закрытых ручьях калибров, мм мм червовых предчистовых червовых предчистовых и чистовых к чистовых
10-14 16-20 22-28 Св. 28 1-2 0,75-1,5 4-7 4-5 1-1,5 0,5-1 4-7 6-8 0,5-1 0,5-1 5-8 6-10 1-1,5 1-1,5 5-8 7-10
Высота фланцев чистового калибра определяется в соответствии
с размерами готового профиля с учетом температурного расширения
металла и минусовых допусков. Для определения высоты фланцев
разрезного калибра необходимо учесть общее приращение высоты
каждого фланца во всех открытых ручьях и общую утяжку высоты
во всех закрытых ручьях в процессе прокатки во всех фасонных калиб-
рах, кроме разрезного
й, - Л„ * Z Shy, - (177)
где hi - высота открытого или закрытого фланца разрезного калибра;
hft - высота фланца чистового калибра; Z б hr - общая утяжка высоты
фланца при прокатке в закрытых ручьях фасонных калибров; Z б Ь„р -
общее приращение высоты фланца при прокатке в открытых ручьях
фасонных калибров.
Аналогичным образом определяется высота фланцев в каждом фа-
сонном калибре с учетом общей утяжки и приращения их высоты во
всех последующих калибрах вплоть до чистового.
Для определения толщины фланцев у основания Ь и у конца о су-
ществуют различные методы. На рис. 101 приведена схема определе-
ния размеров открытых фланцев, предложенная А.П. Чекмаревым.
Если совместить фланцы чистового и разрезного калибров таким об-
разом, чтобы совпадали их основания и наружные грани, то пересе-
чение направлений образующих внутренних граней определяет положе-
ние точки К (называемой конструкционной). Расстояние точки К от
основания равно:
(178)
198
hr. Ш. Схем» определения размере® открытых
флищев по положению конструкционной точ-
ки К
1 де е - расстояние точки К от наруж-
ной грани фланцев; tgcpn и tgtpj. -
тангенсы углов наклона внутренних
граней фланцев чистового и разрез-
ного калибров; Ьп и ftf - толщина у
основания открытых фланцев чисто-
вого и разрезного калибров.
Величина е равна
Фп - »п
1* <Pi - tg Ф„
(179)
Ьп-«п bP-aP
где tg Фп = “V-! t8<F1= —
На основе практических данных толщина основания открытых фпаи-
цев разрезного калибра составляет й° = (0,35 * 0,45) В v где В^ - шири-
на разрезного калибра.
Толщина фланца у конца oj = (0,45 + 0,5) Ь?.
Координаты конструкционной точки К используются для опреде-
пения размеров оснований о,- и bi открытых фланцев во всех промежу-
точных калибрах по формулам:
Ь,° - Ик ts - е; (180)
«(И,- е, (181)
где tg ; Ф,, L0 - угол наклона внутренней грани и
2H„~h?
средняя толщина открытого фланца в 1-м калибре.
Для определения средней толщины фланцев нужно сначала найти
их площадь. Площадь открытого фланца в разрезном калибре равна
199
Qw. - o.s("! +
Площадь фланца чистового профиля равна = 0,5(оп + йп)Ьп. Общий
коэффициент вытяжки фланцев от разрезного к чистовому составляет:
о
1 о id '0 10
Ло61щфл ' - Л,фла’Афлз' ... ’ Афлп>
При распределении коэффициентов вытяжки фланцев по калибрам
нужно учитывать практические данные: в первых калибрах коэффи-
циент вытяжки фланцев составляет * 1,45 + 1,5, постепенно сни-
жается в последующих калибрах до Цл(п-1) ~ * 1.25 в предчисто-
вом калибре и -1,08 * 1,15 в последнем, чистовом калибре.
Принятые коэффициенты вытяжки фланцев позволяют определить
площади всех фланцев в промежуточных калибрах, и найти среднюю
толщину фланцев по формуле
1? - (182)
Площади закрытых фланцев принимаются равными площадям
открытых фланцев в том же калибре. Так как высота закрытых и от-
крытых фланцев в одном калибра может отличаться, то и средняя
толщина закрытого фланца, определяемая по формуле
<? - И»)
в общем случае не равна средней толщине открытого фланца.
При задаче открытого фланца профиля в закрытый ручей последую-
щего калибра необходимо обеспечить свободный вход металла для
заполнения закрытого фланца по высоте. Для этого толщина конца
задаваемого фланца о? должна быть в определенном соотношении с
толщиной у конца закрытого фланца в последующем калибра о?#1.
В первых по ходу прокатки калибрах допускается небольшое защем-
ление металла при соотношении толщины концов фланцев
= = 1,15. В последующих калибрах степень защемления фланца
уменьшается. В предчистовом и чистовом калибрах рекомендуется
соблюдать соотношение
* —— * 0.95.
«М
На должно быть большого защемления и у основания закрытого
фланца. В первых калибрах можно допускать соотношение
200
Не. Ж Схем» обозн»чввиВ размеров в резрешом калибре
Ж
» 1,35+1,30
и затем уменьшать степень защемления до значений 1,05-1,0 в послед-
них калибрах.
Либор размеров разрезного калибра и исходной заготовки
Исходная заготовка должна обеспечить получение требуемой вы-
.им фланцев и толщины стенки в разрезном калибре, а также нормаль-
itiic заполнение калибра по ширине. Определение высоты заготовки
ребует учета утяжки высоты фланцев, вызванной неравномерной
ir формацией металла в разрезном калибре.
Высота разрезного калибра (рис. 102) включает высоту открытых
н скрытых фланцев и толщину шейки (стенки):
- й® + h| + d,.
(184)
Нии расчета толщины шейки разрезной? калибра М.С. Мутьевым пред-
пнжена формула
2чп + М Е А В,
I if da - толщина стенки готового профиля; t ЬВ, - общее уширение
<’2
вп всех фасонных калибрах, кроме разрезного; q, - общая площадь
201
поперечного сечения разрезного калибра; qn - общая площадь попе
речного сечения чистового калибра.
Площадь Qj определяется по формуле;
41 - 4Ч*л. + Й.Я. * Члол, (186)
где Чдап “ дополнительная площадь калибра, образовавшаяся за счет
закругления гребня.
При применении широких тупых гребней в разрезном калибре про-
исходит повышенная утяжка фланцев, поэтому высоту заготовки уве-
личивают. Увеличение высоты заготовки связано с ухудшением усло-
вий захвата в разрезном калибре. Начальный захват происходит при
соприкосновении заготовки с гребнями валков. Величина утла захва-
та при этом равна:
/ Ho-dM
ctj = arccosl 1 - —-—I,
где Ho - высота заготовки; - толщина стенки разрезного калибра
с учетом закругления; Ог - диаметр валка по гребню.
Для улучшения захвата гребни обычно насекаются и при неболь-
шой скорости валков допускаемый угол захвата достигает 3S-38'
Большая деформация позволяет из прямоугольной заготовки получить!
в разрезном калибре фасонный черновой профиль. Если условия зах
вата не позволяют получить нужную заготовку за один проход, приме-
няют прокатку в двух разрезных калибрах или используют фасонную
заготовку.
Для определения размеров исходной прямоугольной заготовки в
литература имеются формулы Б.П. Бахтинова, А.П. Чекмарева,
М.С.Мутьева и др. Ширина заготовки определяется в соответствии (
шириной балочного профиля с учетом уширения во всех фасонных
калибрах (в том числе в разрезном), определяемого по графикам
(рис. 100):
п
s #л “ А В^.
(-1
Для определении высоты исходной заготовки будем использовать
упрощенную формулу М.С. Мутьева:
И, = 0,5И,(1 + В, -у-), (181)
где Hi - высота разрезного калибра.
202
К онструироеамие балочных калибров
В балочных калибрах с прямой горизонтальной стенкой (рис. 103, о)
применяют небольшие выпуски наружных граней закрытых фланцев -
2-4%. Выпуски открытых фланцев делают больше, чем закрытых.
Обычно они составляют 4-8 %. В первых о дном-двух калибрах выпол-
няют общий уклон боковой стенки калибра для закрытых и открытых
фланцев. В последующих калибрах выпуск открытых фланцев увели-
чивают, и боковая стенка калибра получает излом у основания закры-
того фланца (на уровне линии АБ - рис. 103, а). Величина выпуска
нкрытых фланцев достигает 12%, что способствует увеличению бокс-
пого обжатия фланцев и уменьшению съема металла при переточке
калибра. Однако следует учитывать, что в каждом последующем
калибре происходит изменение наклона, т.е. изгиб фланцев при входе
скрытых фланцев в открытые и наоборот. При больших углах выпус-
ков ухудшаются условия прокатки, размеры фланцев становятся
неустойчивыми, появляются закаты на наружной и внутренней гра-
нях полок.
В настоящее время для прокатки двутавроых балок широко при-
меняют черновые калибры с изгибом стенки и одинаковым выпуском
открытых и закрытых фланцев в пределах 5-10% (рис. 103, б). Попки от-
носительно стенки перпендикулярны. При входе полосы в следующий
калибр направление изгиба стенки, а вместе с ней и фланцев, изменя-
ется на противоположное.
Выпуск предчистового калибра по открытому фланцу составляет
'-4%, по закрытому - 2-2,5%. При применении чистовой универсаль-
ной клети, в которой деформация фланцев происходит со свободным
уширением, используют предчистовой контрольный калибр полузакры-
гого типа (рис. 103, в). Контрольный калибр позволяет обеспечить
11 абильность высоты фланцев по длине раската.
В чистовом калибра выпуск фланцев - не более 1 %.
Радиусы закруглений углов чистового калибра определены требо-
ваниями ГОСТа к размерам балочного профиля. В остальных калибрах
определение радиусов закруглений основано на постоянных коэффи-
циентах Сг и Cr соотношения между радиусами закруглений и толщи-
нами оснований фланцев, определенных в чистовом калибре:
<, = ria и Ср = R/b,
1де г - радиус закругления у вершины фланца готового профиля;
п - толщина на конце фланца готового профиля; R - радиус закругле-
ния между стенкой и фланцем готового профиля; Ь - толщина осно-
пиния фланца готового профиля.
Радиусы у основания фланцев любого промежуточного фасонного
калибра можно определить по формулам
203
far. ЮЗ. Конструкции балочных калибров:
а - с прямой горизонтальной стенкой; В - с изогнутой смякай; в - предчиетовсй контрол-
пый калибр
Я» = ся »?; (>88)
R’-C^i’. (18’)
Радиус закругления у вершины закрытого фланпа находится по
формуле
г* - Сго’. (190)
Для черновых калибров рекомендуется уменьшать коэффициенты Ср
яСг на 10-20 %.
На конце открытого фланца радиус закругления не указывается,
так как калибр обычно выполняют с глубиной ручья больше высоты
открытого фланца профиля.
На валках калибры располагают таким образом, чтобы горизонталь-
ная ось симметрии стенки совпадала со средней линией валков. В этом
положении разность окружных скоростей валков и полосы будет ми-
нимальной, что уменьшает величину износа калибре.
Примерный расчет калибровки двутавровой балки N* 24
Пользуясь методом АЛ. Чекмарева, выполним расчет калибровки для прокатки дву-
тавровой балки № 24 м рельсобалочном стане 800.
По графику (рис. 99) выбираем В фасонных калибров.
Римеры чистового калибре определяем в соответствии ео стандартными размерами
профиля: d - 5,6 мм; В - 240 мм; t - 9,5 мм; Н -115 мм; R - ЮЛ мм; г- 4 мм.
С учетом прокатки профиля с частичный использованиаа паля минусового допуск*,
1 также с учетсм температурного расширения металла размеры чистового калибре будут
равны:
ширина (высота балки) В, - (240 - 2,5) • 1,012 ’ 240 мм;
204
выест* (ширина попки) Нй (115 - 2/) 1,012 -113,8 мм;
средняя толщин* фланцев tB - (9/ - 0/) 1,012 - 9/ мм;
толщина стенки dB = 5,6 • 1,012 - 5,7 мм;
выест* фланцев йв =(113,8 - 5,7)/2 - 54,0 мм;
толщин* фланги у основания h, = tB - 0/ hB tg фв = 9,3 ♦ 0,5 5,4 • 0,12= 12/ мм;
толщин* флаши у вершины ва - 2 f, - h, = 2 • 9/ -12/ - 6,1 мм;
площадь поперечного сечения фланца q ф ла - tB hB» 9/ • 54 = 502 мм3;
плошал» пвцвречтхо сечения чистового калибре qB = 4qфдВ + Вв dB = 4 • 502 ♦ 240 • 5,7 =
-3375 мм9.
По графику (рис. 100) определяем величину уширения в рзлрезнсм калибре ДВ» - 5 мм,
гальяых калибрах Г ЛВ; - 40 мм);
1=2 л
ширина разрезаете калибре Вв - В, = 240 - 40 - 200 мм;
пярияа заготовки Вв =Вв - ДВ1 - 200 - 5 = 195 мм.
Пользуясь данными табл. 19, выбираем утяжку металла в закрытых флянцах 8 йу, -
6 мм и приращение высоты флаши б йщ, = 1 мм. Учитывая последовательвоеть закрытых
открытых фланцев во всех фасонных калибрах, определяем высоту открытых и закры-
ли фланцев по калибрам:
Помер калибре................... 1 2 3 4 5 6 7
Нмеотаоткрытых фланпвв,мм.... 75 69 70 64 65 59 55
0 ыеота закрытых флавин, мм.... 68 69 63 64 58 59 60
54
54
Размеры открытого флаши разрезного калибре
4? 0/5В, « 0/5-200 70мм;
I? - 0,4Ь° = 0,4-70 - 28мм.
Координаты конструкционной точки К по формулам (178) и (179)
70-0,12-12/0/6
5^5-------------
Мк (70 + 3,18)70/6 - 131мм.
Размеры закрытого флаши разрезного калибр*
Л? а 75
ь?=_.и=т,вд
I h° О ’5
*> —Г е? - — 28 - 38,8мм.
й? 60
Площадь фланцах разрезного калибре
4фл> - ефщ - 0/(70 + 28)• 75 = 3680мм3.
По формуле (184) определили толщину стенки в разрезном калибре d. - 37 мм. Общая
ьмсота разрезного калибре равен
И, - hf ♦ h? + dj = 75 + 68 + 37 - 100мм.
205
Размер толщины стенки в разрезном калибра корректируем с учетом закруглений греб-
ня в целях обеспечения захвата. Конструктивно принимаем d( = 7D мм. При этом плмад»
сечения разрезного калибре будет равна
q = 4чфщ * dtBi + Чдап = 4 • 3680 + 37 • 200 + 3700 = 25900 мм8.
Высоту заготовки определяем по формуле £137)
/ 195 100 \
Но ’ 0,5 100 1 + —- * 211 мм.
\ 25900 I
Принимаем Н« - 210 мм.
Коэффициент вытяжки в разрезном калибре
0,97 210 195
1 “ 25900 " 1,°’
Угол захвата в клети 950
/ 215 - 70\
а, „ atccos 1 - ——- - 33,5*.
\ 950 - 70/
Общий коэффициент вытяжки фланцев
ЗИ0»
Принимаем следующее распределение вытяжек фланцев по калибрам
^фла ^фла ^фл« ^флв ^фла ^флт ^фла “ 1 >4 1.45 • 1.45 • 1.4'13 * 1,25'1»1 " 7,32,
Общий коэффициент уменьшения толщины стенки
’общ- Д -S7/s,7-4.
Для стенок принимаем следующий ряд коэффициентов
Ча Чз Ч4 Па Па П, Ч# - 1,25 • 1,« 1,4 • 1,4 1,28 1,2 1,2 • 1,1 - 6,5.
Распределяем общее уширение по калибрам, исполыуя для ориентировки форму-
лы (175), (176). Получим значения уширения по калибрам: ДДв *= 2,4 мм; ДД, = 3,5 мм;
Дй6 - 4,6 мм; ДДВ = 5,7 мм; ДВ4 = 6,8 мм; ДЛЭ- 8,0 мм; ДД2 ~ 9,0 мм.
Определяем размеры элементов всех промежуточных калибров.
Калибр 2
Площадь фланца Чфда - Чфли/Хфпэ “ 3680/1,4 = 2630 мм8.
Средняя толщина открытого фланца t° в ’ 2630/64 “ 38,2 мм.
Тангенс угия наклона стенки
Толщина открытого фланца у основания
Ь? - Нк ‘8 <?а - « = 131 * 0,428 - 3,18 " 52,8 мм.
206
he. IM. Расчетная калибровка двутавровой балки Я" 24
Толщина фланца у края
а? = 2*? - &? - 2- 38,2 - 52,8 - 23.fiмм.
Средняя толщина закрытого фланца
t? - 4фп./Ь? W - 38,2 мм.
Толщина закрытого фланца у края при коэффициенте загноивши Л? “ 1,15 долина
быть puna
208
a? 28
i| - -т - --- - 24,4 мм.
П“ 1,15
Толщин» фланцев у оставим Ь’ 21£- а? 2 • 38,2 - 24,4 - 52,8 мм.
Тотцииа етеим d3 - djtl» 37/1,15 - 27,4 мм.
Ширина калибра В2 -В, + ДВа = 200 + 9,0 - 209 мм.
Аналогично определяются ршмеры остальных калибров. Результаты расчета калибров-
ки двутавровой балки К" 24 приведены в табл. 20. На рис. 104 показано построение ка-
либров.
6. Калибровка валков для прокатки швеллеров
(пособы прокатки швеллеров
Швеллеры можно прокатывать двумя способами: с прямыми пол-
ками и с развернутыми полками. Для прокатки швеллеров с прямыми
полками известно несколько методов калибровки валков: балоч-
ный (о), корытный (б), современный метод (б) с увеличением уклона
фланцев и изогнутой стенкой (рис. 105). Методы калибровки швелле-
I о с развернутыми попками показаны на рис. 105: г - по методу сги-
бания фланцев; д - развернутая калибровка с изгибом стенки и
фланцев.
При калибровка валков по балочному методу (о) разрезной и нес-
колько первых черновых балочных калибров используют для прокат-
f и двутавровых балок и швеллеров одних номеров. В отличие от ба-
чок швеллеры прокатывают без чередования открытых и закрытых
«наицев. Полки швеллера формируются из открытых фланцев, кото-
рое называют действительными. Закрытые фланцы (так называемые
южные” фланцы) уменьшаются в размерах по мере приближения к
товому калибру. Они служат для питания действительных фланцев
металлом и сохранения температуры углов швеллера. Излишняя вы-
। в ложных фланцев в первых калибрах приводит к увеличению
. >етекания металла и дополнительному расходу энергии. Поэтому
ин прокатки швеллеров применяют отдельные калибры со значи-
wiilho меньшими ложными фланцами (рис. 105,6) - корытные. Не-
I чтаток этих методов калибровки швеллеров заключается в малом
уиноне наружных граней фланцев, что не позволяет интенсивно об-
нимать фланцы по толщине, затрудняет восстановление размеров
* и нибра при переточках.
Наибольшее распространение сейчас получил метод, отличающийся
Нг/шчеииым уклоном фланцев и изогнутой стенкой профиля
Ц|ие. 105, в), что позволяет более интенсивно деформировать металл,
ратить общее число проходов. С увеличением выпуска уменьша-
ть износ калибров. Иногда и чистовой калибр выполняют с изгибом
гики и уклоном наружных граней фланцев ~3%. Окончательные
209
Be. IK. Способы щюкятки швеллеров:
а - белочный; 8 - корытный; в — с увеличенным уклоном полок и изогнутой яеинк.
г — сгибанием прямых попок; 3 - с репернутыми полыми п изогнутыми стенкой и по*
ками
размеры готовый профиль получает после правки на роликоправиль»
ной машине.
При калибровке швеллеров с прямыми полками для получений
точных размеров высоты полок предусматривают один-два контроль' I
ных калибра с вертикальным обжатием полок в закрытых или полу
закрытых ручьях.
Калибровка валков методом сгибания (рис, 105, г) совмещает про!
катку в калибрах полосового типа с последующей прокаткой в фасон
ных калибрах и постепенным сгибанием фланцев. Малая глубина
вреза калибров, интенсивное и равномерное обжатие всех элементу»
профиля являются достоинствами этого способа. Но сгибание пол.
в швеллер является трудиовмполнимой операцией, в процессе ко»»»
рой появляются повреждения на поверхности полок, размеры пр.
филя неустойчивы.
Более совершенной является развернутая калибровка (рис. 105, й),
210
показавшая хорошие результаты на практике при прокатке швелле-
ров малых и средних размеров. Эта калибровка отличается использо-
ванием калибров с изгибом стенки и полок, что облегчает сгибание
развернутого профиля в швеллер, предотвращает образование скла-
док у основания фланцев и повреждений поверхности полок. Недос-
татком этого способа калибровки швеллеров является значительное
увеличение ширины калибра из-за развернутого положения фланцев,
что затрудняет расположение на бочке валка необходимого числа
калибров.
Основные положения калибровки швеллеров
Расчет калибровки для прокатки швеллеров с прямыми полками
имеет много общего с расчетом калибровки двутавровых балок.
Как и при прокатке двутавровых балок, исходную заготовку про-
катывают в разрезном калибре. Применяют открытые и закрытые
разрезные калибры с острыми и тупыми гребнями. При прокатке толь-
ко швеллеров в разрезном калибра врез со стороны действительных
фланцев делают больше, а со стороны ложных фланцев - меньше.
Черновой калибр для прокатки швеллеров состоит из действитель-
ных фланцев, ложных фланцев и стенки (рис. 106). Стенка профиля
подвергается прямому обжатию. Действительные фланцы, как прави-
ло, открытые. Характер деформации в них аналогичен деформации
в открытых фланцах балочных калибров. Ложные фланцы создают
юполнительный объем металла для выполнения требуемой высоты
действительных фланцев. По ходу прокатки ложные фланцы умень-
шаются и в чистовом калибре отсутствуют или имеют высоту не более
0,3 мм.
Для определения площади ложных фланцев q'jn рекомендуется
формула;
Hi»-(О.Э + 0,05) р - Чф„, (191)
। де цфл “ площадь действительного фланца; i - номер калибре против
хода прокатки; т - коэффициент, величина которого выбирается в
пределах 0,5-1, причем меньшее значение соответствует швеллерам
малых размеров, большее - крупным швеллерам и развернутым ка-
пибрам.
В открытых ручьях калибров при боковом обжатии происходит
приращение высоты действительных фланцев на 6НД = 0-!-2мм за
проход. Кроме того, за счет перетекания металла из ложного фланца
высота действительных фланцев увеличивается на 6hn « 1 + 3мм за
проход. В контрольных калибрах действительные фланцы обжимают
211
А' Ьь 1*6. Червовой калибр для прокатки швеллера
по высоте на 6hK = 4 + 6 мм. Таким образом, высота действительного
фланца в разрезном калибре hj должна быть равна
\ - hn - 16ЛЯ - E6h„ + тК) (192)
где h„ - высота фланца в чистовом калибре; I 6 йя, 16ЬИ - общее
приращение высоты действительного фланца во всех фасонных калиб-
рах, кроме разрезного и контрольных, за счет бокового обжатия и
перетекании металла из ложного фланца; - общее уменьшение
высоты действительного фланца в контрольных калибрах.
Контрольные калибры бывают закрытые и полузакрытые. Недостат-
ками закрытого калибра являются затрудненный захват из-за изме-
нения направления наклона фланцев и плохое выполнение углов
или образование заусенцев на профиле. В контрольных калибрах
полузакрытого типа условия захвата не ухудшаются, так как наклон
фланцев не изменяется, уменьшается глубина вреза калибра. Это
объясняет их преимущественное применение.
Примерный расчет калибровки швеллера N* 24
Число фасонных калибров п для прокатки швеллера № 24 выбираем по графику (рис. 99),
Принимаем л = 9.
Размеры чистового профиля в горячем состоянии с учетом частя отрицательных до-
пусков;
Ширина (высот* швеллера)........... В2 = (240 — 2) 1,012 « 241 мм.
Высота (ширила полки).............. Яа - (90 -1,5) • 1,012=89,6 мм.
Толщина стенки..................... dB - 5,6 • 1,012 “5,7 мм.
Средняя толщина фланцев............ 1» = 10 • 1,012 «10,1 мм.
Высота действительного фланца h5 - На - dB = 89,6 - 5,7 0,4 мм.
Размеры оснований действительного фланца;
в, = 10,1 - 0,5-04-0,98 « 6,7 мм;
Ь, « 10,1 + 0,5 • И • 0,08 = 13,5 мм
(0,08 - тангенс угла наклона внутренней поверхности фланца).
Площадь сечения действительного фланца;
1фят ” t»hs = ЮЛ • 04 = 850 мм®.
212
Площадь сечения чистового калибра:
Ч. - 2Чфп» + ВЛ - 2-850 + 241-5,7 - 3070мм3.
Принимаем два контрольных калибре - 5-й в 8-й по ходу прокатки. В каждом контроль-
ном калибре предусматриваем обжатие фланцев по высоте па 6 Ь» = 5 мм. Приращение
высоты в открытых фланцев за счет бокового обжатии принимаем 8 Лд - 1 мм. Прираще-
ние высоты от выдавливания ложных фланцев принимаем 8 h п “ 2 мм во всех калибрах,
кроме чистового и контрольных. Получим высоту действительного фланца в разрезном
калибре:
- Л, - гвЛд - E8hn + Х8ЛК -84-6-2-5 + 5-2 -70 мм.
Размеры действительных фланцев в остальных калибрах определим с учетом фактической
величины приращений и обжатий их высоты (мм):
Номер калибре................. 2
6 Лк..................... 0
Высота фланца h.............. 81
1
2
0
80
83
Уширение определяем по графику (рис. 100):
в разрезном калибре АВх 5 мм;
9
во всех остальных калибрах ЕДЯ,-40 мм.
1-2
Ширина заготовки
9
Во - В, * 2ЛВг - &Bt - 241 -00-5 196мм.
Принимаем Во 195 мм.
Ширина разрезаете калибра В, = 195 + 5 • 200 мм. Уточняем уширение в остальных к*.
либрах.^ ДВ/=241 - 200 - 41 мм.
Большое основание действительных фланцев разрезного калибра принимаем 8) - 0^ В2 -
-0,5 - 200 = 100 мм.
Малое основание действятельиых фпатщеэ разрезного калибре определим из соотноше-
ния at/bt - в9/Ь», откуда получим et - bj (a»/b«) 100 (6,7/13,5) = 49 мм.
Ь, - в» 100-49
Уклон внутренней грани действительного фланца Ч Фх - ~Г— - 0,655.
Лх 70
Площадь сечения действительного фланца разрезного калибре
«х + Ьх 49 + 100
“фл> " 2 л> “ —2— 70 ~ 5810 мм3.
Площадь сечения фланца по формуле (191)
чфлт - 0,05 (1 + j 5810 - 4360 мм3.
Размеры оснований лютых фланцев в разрезном калибра принимаем такие же, как и
г действительных фланцев з\ - «х - 49 мм; о j - b, = 100 мм.
Средняя толщина полки t'i - (< + bi)/2 = (49 +100)/2 - 74,5 мм.
Высота ложного фланца h'x = Чфд, /Г', = 4360/74,5 = 58 мм.
213
Толщину стенки разрезного калибре определяем по формуле (185)
(Чфл> 4 9фл>) (5810 + 4360) 5,7
di = --------1—§
Чфда+O^djS ABj
850 + (W • 5,7 41
4*J £^2 /
С учетом закруглений разрезающих гребней принимаем толщину менки <G " НО мм.
Площадь сечения разрезного калибра 01 “ 2(5фл« 4 Чфл>) + “isi * Одоп< гда "доп “
дополнительная площадь, образовавшаяся при закруглении гребней. Величину 9 дал опре-
делим приближенно путем графичккого построения и
калибра. Принимаем Чдап - 1500 мм3, «где получим Ql = 2 (5810 + 4360) + 60 МО + 1500
Высота разрезного калибре + hi + di = 70 + 58 + 60 = 196 мм.
Высоту заготовки определим по приближенной Формуле (WJ
Л, . 0.S.1S6 (1 * US -зет) ’ 110“-
Коэффициент вытяжки в разрезном калибра
qB И0 195
Х‘ ’ “ _ 33840 " 1,М*
Угол захвата в начальный момент в клети 950
et = areas I 1 -
aretes I 1 -
Расчет промежуточных калибров
Общий коэффициент вытяжки фланцев
ЗфЛ1 4 Чфш 5810 + 4360 ^2 g
’ 9фл» ° 850 ’ ”
Распределяем вытяжки фланцев по проходам Хфла Цл« ЦдаЦла Ьфл» Цл« *фл« *-фп«1
Общий коэффициент обжатия стенки
rf, 60
^общ я d, ' 5,7 “ 10,5,
Коэффициенты обжатия стенки по проходам
Ц, П3 «Ц Лв Лв Вт Пв Ъ = 1,44 1,48 1,44 • 1,39 1,36 1,51 1,21 1.14" 10,5.
Распределим уширение по проходам:
g
S ABj » АВ, + ДВ, + ДВ4 + ... + ABs 4 дв« “ w
>2
Принимаем ДВ( - 7,0 мм; ДВ, = 6,0 мм; ДВ4 ' 6,5 мм; ДВ6 • 5,7 мм: ДВ( = 5,3 мм|
ДВ7 - 4,4 мм; ДВ( « 3,3 мм; ДВа = 2.0 мм.
Координаты конструкционной точки
Ь, tg Ф, + *» ts Ф, 100 0,08 - 13,5 • 0,655 ,
* ’ tg ф} - tg Ф, “ 0,655 - 0,08
।।।
assssss।
Штза ।
sa’jCs’as'S&S
о '4=1'".'°. °.'П.'п.ьл.
з? 3 я a s з зйй
s3
sm'haihs
215
214
"к • (е + <Р1 = (-1J + Ю0)/0,655 -150 мм.
Калибр 2
Ширина калибре В2 = В, + ДЯа - 200+ 7-207 мм.
Толщина стенки d3 - dt/p3 - 60/1,44 = 41,7 мм (d J - 65 мм).
Общая площадь сечения действительного и ложного фланцев
йфпа ♦ Чфда - (Чфпа + 0фл1У^фла (5810 + 4360)71,41 7215 мм1.
Отношение площадей сечения ложного и действительного фланцев
(,'м + ,’к) (‘-т)- •MS (‘ • ту)
Площадь сечения действительного фланца
Площадь сечения ложного фланца
Чфла -7215 - 4535 - 2680 мм3.
Ялощадь сечения калибре 2
71 - 2(7фда + Чфла) + d3B3 + Члопз - 2(4535 + 2680) + 41,7 - 207 + 900 = 24000мм3.
Средняя толщина действительного фланца
<• - <7фла/Л3 - 4535/81 -56 мм.
Уклон внутренний стенки действительного фланца
tt-e 56-14
11’» = HK — 0fiha " 150-05 81 = °’498,
Основания действительного фланца
8, - Нк tg<p2 - е - 150 0,498 + 1,5 - 76,2 мм;
1, - 2t3 - b, = 2 -56 - 764 - 35,8мм.
Радиус закругления у основания действительного фланца
R, ЮЗ
«, — Ь, - — 764 “ 59мм.
Среднюю толщину ложного фланца принимаем равной длине большого основания
йствятельного фланца t't = bs = 764 мм.
Высота ложного фланца Л *3 =? ^ /t i - 2680/76,2 = 38,2 мм.
Размеры малого основания ложного и действительного фланцев принимаем одинако-
выми (во всех калибрах, кроме трех последних, где в, - в', - в', = 0): а2 - в2 - 35,8 мм.
Большое основание ложного фланца b ‘2 - 2t j - в j = 2 • 76,2 - 35,8 -116,6 мм.
Аналогично производится расчет последующих калибров,
Результаты расчета калибровки швеллера № 24 приведены в табл. 21, а построение
калибров показано на рис. 107.
217
7. Дефекты рельсов, балок и швеллеров
Высокое качество рельсов, балок и швеллеров определяется соот-
ветствием формы и размеров профиля, состояния поверхности и меха-
нических свойств требованиям ГОСТ и ТУ. В большинстве случаев
дефекты формы и размеров профиля возникают при неправильной
настройке стана или при нарушениях требуемого температурного ре
жима прокатки. Причиной появления дефектов профиля может быть
также износ прокатных валков и проводковой арматуры. В некоторых
случаях появление дефектов профиля связано с несовершенством
калибровки.
Рассмотрим некоторые виды дефектов геометрии рельсовых, балоч-
ных и швеллерных профилей. Так как рельсовые калибры имеют на-
клонное расположение на валках, то появляющиеся осевые усилия
при прокатке воспринимаются упорными коническими буртами вал-
ков, препятствующими смещению валков в осевом направлении. Износ
конусов или неправильная установка валков приводят к появлению
дефектов в виде скошенной головки, тонких или толстых полок, на
головке по месту разъема валков может образоваться поясок избы-
точного металла. В результате износа калибра изменяются размеры
его элементов, нарушается правильная форма. Недостаток металла
в калибра может привести к невыполнению концов подошвы, получе-
нию плоской головки. При большой неравномерности обжатия элемен-
тов профиля из-за несовершенства калибровки может произойти
утонение шейки в местах соединения ее с головкой и подошвой. При
охлаждении рельса за счет неравномерной температурной усадки мо-
жет образоваться выпуклость подошвы на 0,25-0,5 мм. Чтобы предот-
вратить образование выпуклости подошвы рельса нужно сделать
выпуклой на 0,25-0,5 мм стенку калибра со стороны подошвы.
При прокатке двутавровых балок и швеллеров возможно невыпол-
нение фланцев. Причиной может быть большая утяжка в закрытых
фланцах или малое боковое обжатие в открытых фланцах. На непре-
рывных станах невыполнение полок может быть следствием межкле-
тевого натяжения раската. Неточная разрезка заготовки из-за малой
ее ширины и свободного положения в разрезном калибре может при-
вести к получению на готовом профиле полок разной высоты и тол-
щины. При избытке металла в калибра возможно образование заусен-
цев на концах открытых фланцев. В результате неравномерности об-
жатия отдельных элементов сечения профиля из-за неправильной
настройки валков, неравномерности нагрева металла, выработки вал-
ков или несовершенства калибровки может получиться раскат с вол-
нистой шейкой или фланцами.
Ряд дефектов фасонных профилей связан с неправильной настройкой
218
проводковой арматуры. Например, неправильная установка по высоте
нижней или верхней проводки может вызвать загиб переднего конца
раската вверх или вниз. При неправильной установке проводок стенка
двутавровой балки может приобрести выпуклость (вогнутость). Этот
дефект устраняется регулировкой положения проводок по высоте.
При большом зазоре между верхней и нижней проводками и коротких
проводках раскат может получить волнистую форму или вид ломаной
полосы. Использование проводок нормальной длины, регулировка
зазора между проводками и правильная их установка по высоте поз-
воляют устранить эти дефекты.
Раскат, выходящий из валков, может получить серповидное искрив- •
пение из-за неравномерного обжатия по ширине, неравномерного
нагрева металла или неправильной установки проводок по ширине
профиля, В калибрах с диагональным разъемом валков неравномер-
ность деформации может привести к скручиванию профиля вокруг про-
дольной осн раската. Этот дефект устраняется регулировкой осевого
положения валков, устранением перекоса осей валков и регулировкой
установки вводной арматуры.
На поверхности рельсов, балок и швеллеров встречаются такие
дефекты, как плены, закаты, риски, царапины, отпечатки, рябизна
и др., причины появления которых аналогичны рассмотренным при
производстве заготовок. Возможны и нарушения цельности металла
в виде трещин, расслоений, флокенов, внутренних разрывов и др.
Улучшение качества исходного металла, соблюдение требуемых тех-
нологических режимов нагрева, прокатки и охлаждения металла поз-
поляют исключить эти виды дефектов фасонных профилей, получить
прокат, соответствующий по механическим свойствам установленным
требованиям.
8. Технико-экономические показатели производства
рельсов, балок и швеллеров
Расход металла. При производстве рельсов из блюмов выход годного составляй - 95 %.
Отсюда получаем расходный коэффициент металла из релыябалочвом стане равным
1,05. Если исходить из обпито расхода металла от слитка до годных рельсов, то при рас-
ходном коэффициенте слитков спокойной стали для получения блюмов, равном 1,25,
сквозной расходный коэффициент от слитков до годных рельсов составляет 1,25 1,05 -
- 1,31 т/т. При прокатке балок и швеллеров из блюмов имеют место потери металла в ока-
гику при нагреве блюмов и в процессе прокатки я охлаждения металла, отходы металла
л обрезь при раекрое раската, а также потери от иедокатов и брака. Практически расход-
ный коэффициент металла при прокатке балок и швеллеров составляет - 1,06. Сквозной
расходный коэффициент от слитков кипящей стели до готового профиля балки или швел-
лера равен 1,12 • 1,06 “ 1,19 т/т.
Расход тепловой энергии из нагрев блюмов и заготовок в методических рекуператив-
ных печах рельеобалочных к крупносортных станов, в подогревательных печах, а также из
219
нагрев металла при термической обработке проката в зависимости ст применяемой текло-
лини может изменяться в пределах 1100—4000 МДж иа I т годного проката.
Расход электроэнергии иа прокатку рельсов, балок и швеллеров, работу вспомог ►
тельных механизмов и отделку проката составляет 50-70 кВт ч/т.
Расход воды на рельеобапочных и крупносортных станах при производстве рельсов,
балок и швеллеров составляет ~ 15 м3/т,
Расход валков при прокатке таких сложных и трудоемких фасонных профилей, какими
являются рельсы, балки и швеллеры, значительно возрастает по сравнении с производством
заготовок и простых профилей. На рельеобапочных станах удельный расход валков в срад
нем по всему сортаменту составляет 3-5 кг/т, на крупносортных станах 2 кг/т. На отдель
ных профилях швеллеров и балок удельный расход валков превышает 10 кг/т.
Контрольные вопросы
1. Какие виды рельсов прокатывают на рельеобапочных и крупносортных станах!
2. Лайте характеристику сортамента двутавровых балок, швеллеров.
3. Опишите состав, расположение оборудования и технологический процесс производя-
Опишите состав, расположение оборудования и технологический процесс произволе*
5. Назовите типы крупносортных станов и укажите их отличительные особенности,
б. В чем заключаются особенности деформации в универсальных клетях, где исполь-
зуют такие клети при производстве двутавровых балок и швеллеров?
7. Какие технологические операции выполняет на рельеобапочных станах для предотвра-
щения флокенообразования в рельсах?
8. Как и е какой целью проводится термическая обработка рельсов!
9. Дайте характеристику способов прокатки двутавровых балок, швеллеров.
10, Как определяется необходимое число фасонных калибров для получения профиля
И. Как определяется уширение при прокатке двутавровых балок, швеллеров!
12. Как изменяется высота фланцев профиля в процессе прокатки двутавровой балки,
швеллера?
13. Как определяются размеры оснований открытых фланцев балочного профиля, дейст-
вительных фланцев швеллерного профиля в разрезном калибре, в промежуточных фасон-
ных калибрах!
14. Какие виды контрольных калибров применяют при прокатке двутавровых балок,
швеллеров!
15. Какие вилы дефектов фасонных профилей могут быть названы неправильной уста-
новкой проводковой арматуры!
Глава VL производство сог.эих профилей
1. Сортамент сортовых профилей
В зависимости от геометрической формы поперечного сечения сор-
товой прокат подразделяют на простые сортовые, фасонные и периоди-
ческие профиля. К простым сортовым профилям проката общего наз-
начения относится сталь круглая по ГОСТ 2590-71 диаметром 5-250 мм,
сталь квадратная по ГОСТ 2592- 71 с размером стороны 5-200 мм,
220
сталь шестигранная по ГОСТ 2879-69 с диаметром вписанного круга
8-100 мм, сталь полосовая по ГОСТ 103-76 шириной 11-200 мм, толщи-
ной 4- 60 мм, сталь полосовая инструментальная по ГОСТ 4405- 75 шири-
ной 10-300 мм, толщиной 3-40 мм. К простым сортовым профилям
относят также штрипсы сортовые по ТУ 14-2-68-73 шириной 63-415 мм,
толщиной 2,5-8 мм, а также катанку (катаную проволоку) диаметром
5-10 мм.
К фасонным профилям общего назначения, используемым во всех
отраслях народного хозяйства, относят все профили угловой равно-
полочной и неравиополочной стали по ГОСТ 8509- 72, 8510- 72 и раз-
личным ТУ, балки двутавровые и швеллеры. Кроме того, на сортовых
станах прокатывают фасонные профили отраслевого и специального
назначения и периодические профили продольной и поперечно-внито-
вой прокатки.
В зависимости от диаметра валков прокатного стана сортамент сор-
говых профилей распределяется примерно следующим образом:
Стая Сталь круг- лая дисмет- ром, мм Смлб квад- ратная со стороной, мм Полосовая ааль ши- риной до, мм Столб угло- вая с пол- кой до, мм Балки двутав- ровые Швеллеры
150 8-30 8-30 65 40 W- —
ИО 16-60 16=50 100 60 — 5—10^
J50 25-75 25-75 150 Я ю
'00 30-100 30-90 200 100 10-12 6,2-12
550 50-120 50-120 300 150 10-12 10-20
650 70—МО 70-200 350 200 16-30 16-30
Соответственно размерам прокатываемой сортовой стали прокатные
станы делят на мелкосортные с диаметром валков чистовых клетей
/) = 250 + 350 мм, средиесортные (D 350 + 550 мм) и крупносортные
(17= 450+ 800 мм).
2. Типы станов для производства сортовых профилей
Линейные сортовые станы работают на старых металлургических за-
иодах и являются станами устаревшей конструкции. Рабочие клети
крупносортных и среднесортных станов линейного типа располагаются
обычно в одну или две линии (аналогично схеме рельсобалочного
стана, рис. 89). Первая линия состоит из обжимной клети реверсивной
дуо или трио с диаметром валков 600-800 мм. Вторая линия клетей
реднесортного стана состоит из трех черновых клетей трио и чистовой
дуо. Применение клети дуо в качестве числовой позволяет повысить
точность профиля. Для получения мелкосортной стали необходимо
большое число проходов. Рабочие клети линейных мелкосортных ста-
221
нов располагают в две или три линии (рис. 8, о). Перван черновая линия
состоит из одной или двух клетей трио с валками диаметром 500-
550 мм.
В чистовой линии устанавливают 5-7 клетей с диаметром валков
250-300 мм. Передний конец прокатываемой полосы направляют из
клети в клеть по обводным аппаратам или вручную, что ограничивает
скорость прокатки. Иногда на стане имеется промежуточная черновая
линия, обычно из двух клетей трио, что позволяет увеличить пропуск-
ную способность черновых клетей, расширить сортамент получаемых
заготовок. Особенностью линейного расположения клетей является
одинаковая частота вращения валков в клетях одной линии. Это при-
водит к тому, что в результате удлинения раската пропускная способ-
ность последующих клетей не соответствует возможностям предыду-
щих клетей, что ограничивает производительность стана. Для увели-
чения производительности в чистовой линии прокатка производится
одновременно в несколько ниток из заготовки, разрезанной на 2-3 час-
ти после черновой линии. Иногда часть клетей чистовой линии выде-
ляют в самостоятельную линию с отдельным приводом, что позволяет
увеличить в этой линии скорость прокатки.
Последовательное расположение клетей с самостоятельным приво-
дом каждой клети позволяет увеличить скорость прокатки в после-
дующих клетях в соответствии с удлинением полосы, осуществить
независимую прокатку полосы в каждой клети, значительно повысить
производительность стана, увеличить точность размеров получаемых
профилей. Выше была рассмотрена схема крупносортного стана 500
с расположением клетей в три параллельных ряда (рис. 91). На рис. 108
представлена схема расположения оборудования среднесортного ста-
hr. 108. Среднесортный стал 350 с шахматным расположением клетей чистовой группы:
I — нагревательные печи; 2 - ножницы; 3 — шепперы; 4 - передаточный рольганг е коео-
располаженными роликами; 5 - пила горячей резки; 6 - холодильник: R’N’ 1-11 - рабо-
чие клети (И®!Р 8-11 - шахматная группа клетей)
222
на 350 с шахматным расположением чистовых клетей. Стан состоит из
И рабочих клетей дуо. Для сокращении длины стана клети 1-2 и 3-4
составляют две непрерывные группы, за которыми в первом ряду от-
дельно установлены 5-я и б-я клети. Передача раската во второй ряд
клетей производится шлепперами после 5-й или после 6-й клети. Во
втором ряду на значительном расстоянии друг от друга установлены
7-я и 8-я клети. Если раскат передается во второй ряд после 5-й клети,
прокатка в 6-Й и 7-й клетях не проводится. Клети 8-11, составляющие
чистовую группу, располагаются со смещением на длину бочки валка
в шахматном порядке. Раскат передается рольгангами с косорасполо-
женными роликами. После ‘каждого прохода направление прокатки
изменяется на противоположное. Все клети стана, кроме клети 5,
приводятся попарно от одного двигателя. Исходная заготовка -
106 х Юб мм и 120 х 120 мм. В сортаменте стана сталь круглая 32- 56 мм,
сталь квадратная со стороной 38-50 мм, сталь угловая с длиной полки
до 85 мм, сталь полосовая 12-27 X 75-100 мм, швеллеры №6,5-8,
арматурный профиль №32-45 и- др.; производительность стана
600 тыс. т/год. Наряду со значительными преимуществами такого ста-
на по сравнению с линейными, он имеет и некоторые существенные
недостатки. Попарный привод клетей и их жесткая кинематическая
связь затрудняют калибровку. Реверсивная работа рольгангов ограни-
чивает скорость прокатки до 6,9 м/с.
Развитие сортовых станов идет по пути перехода от линейных и
последовательных станов к полунепрерывным и непрерывным, обес-
печивающим повышение скорости прокатки и производительности.
Полунепрерывный среднесортный стан 350 состоит из 15 двухвал-
ковых клетей, расположенных в три параллельных ряда (рис. 109).
В первом ряду установлены 10 клетей, во втором 2, в третьем 3. Для
нагрева заготовок квадратного сечения 150, 160 мм используют четы-
ре методические печи с верхним и нижним подогревом, однорядной
торцовой посадкой и выдачей. Первая клеть установлена отдельно,
за ней следует первая непрерывная шестиклетевая группа, включаю-
щая три горизонтальные и три вертикальные клети. На выходе из
непрерывной группы установлены кривошипнорычажные летучие
ножницы для обрезки переднего конца раската. Перед задачей во вто-
рую непрерывную группу раскат кантуется. Вторая непрерывная груп-
па - трехклетевая, средняя клеть - с вертикальными валками.
По обводному аппарату раскат, выходящий из последней (10-й)
клети первого ряда, перелается во второй ряд, состоящий из двух
отдельно стоящих горизонтальных клетей, а затем, также по обвод-
ному аппарату - в трехклетев^ю чистовую непрерывную группу в
третьем ряду. В чистовой группе клетей перван - вертикальная, ос-
тальные - с горизонтальными валками. Скорость прокатки достигает
223
Рк. 1И. Полунепрерывный средисщяный стаи 350:
1 - методические нагревательные печи; 2 - ножницы; 3 — тяы&во msaata клеть Н“ 1;
< — первая шярерывиая 6-клетевая группа (клети № 2—7); S - кривошипно-рычажные ле-
тучие ножницы; 6 - кантователь; 7 - вторая шярерывиая группа (клети № 8-10): 8, 11 -
обводные аппараты; 9 - передаточные пигапперы; 10 - рабочие клети второго ряда; 12 -
чистовая непрерывная груши клетей; 13 - летучие ножницы; 14 - переводная стрелка;
15— холодильник
15 м/с. Кривошипно-эксцентриковые ножницы режут раскат на части
в соответствии с длиной холодильника. Готовый прокат поступает на
двусторонний реечный холодильник, затем правится, режется на мер-
ные длины. Фасонные и круглые профили режут фасонными ножами
или пилами. На стане прокатывают профиля следующего сортамента:
сталь круглая 35-65 мм, арматурные профили №36, 40, сталь угловая
равнополочная и неравнополочная с длиной полки от 45 мм до 90 мм,
двутавровые балки и швеллеры № 10; производительность стана
1 млн. т/год.
Полунепрерывные мелкосортные станы характеризуются непрерыв-
ной прокаткой в черновых клетях, чистовые же клети составляют ли-
нейную петлевую или шахматную группу (рис. 110). Отсутствие натя-
жения полосы в чистовых проходах позволяет получить точный про-
филь. Невысокие скорости прокатки (до 8-9 м/с), малая производи-
тельность, большие затраты ручного труда являются недостатками
этих станов.
Непрерывные сортовые станы имеют компактное расположение кле-
тей, что позволяет сократить число транспортирующих механизмов -
рольгангов, шлепперов. Поточность производства позволяет осущест-
вить полную механизацию и автоматизацию процесса прокатки, повы-
сить скорость прокатки. Сокращается продолжительность цикла про-
катки и потери тепла в процессе прокатки, благодаря чему снижается
давление металла на валки и расход энергии на прокатку, увеличи-
вается стойкость калибров, появляется возможность получения тонко-
стенных профилей.
Непрерывный средиесортный стан 370 (рис. 111) имеет 15 рабочих
224
g g g
4ПТТЪ Й
! c
zS
fic-llt. Схема ркполохеиня рзбочк ютгей шмтупетрерыввого мелхосщявсга евин
1 - непрерывная таршиия группа клетей; г - непрерывная промежуточная группа клетей-
3 - линейная петлевая группа чистовых кляей
he. 111. Натрерывиый ередисортный стаи 370:
1 — стеллажи для ааготовок; 2 — методическая ввгревателшя течь; 3 - вытвжявиель;
4 — ножницы; S - черновая группа клетей (№№ 1-7); 6, 8 - летучие ножницы; 7 — тего-
вая группа клетей (W 8-15); 9 - имкшияышк
клетей, расположенных двумя непрерывными группами; дерновая
группа включает семь клетей (из них первая и пятая клети - с верти-
кальными валками), в чистовой группе - восемь клетей (10-я, 12-я и
14-я клети - вертикальные). Привод всех клетей - от индивидуальных
электродвигателей с регулированием частоты вращения в широких
пределах. Для нагрева квадратных заготовок 106 мм используется
методическая нагревательная печь с наклонным подом, боковой за-
дачей и выдачей заготовок. Перед черповой группой клетей установ-
лены ножницы, служащие для деления заготовки ла 2-3 части и для
обрезки заготовки в случае бурения на стане. На выходе из черновой
группы установлены летучие ножницы для обрезки переднего конца
и аварийной порезки раската. Скорость прокатки на стане достигает
14,6 м/с. После выхода из чистовой клети летучие ножницы режут
раскат ив длины, соответствующие длине холодильника (125 мм).
Охлажденные полосы подвераются правке, резке на мерные длины,
пакетируются, увязываются и взвешиваются. На ставе прокатывают:
круглую сталь 14-32 мм, арматурные профили N* 14-30, угловую сталь
225
15-123
45X45- 75X75 мм, квадратную, полосовую сталь и др.; производи-
тельность става 500 тыс. т/г.
Непрерывные мелкосортные станы
Большое распространение получили двухниточные мелкосортные
станы 250. Станы этого типа первого поколения (рис. 112) имеют в
своем составе семиклетевую черновую группу горизонтальных кле-
тей 370 и две параллельные восьмиклетевые чистовые группы, в ко-
торых чередуются клети с вертикальными и горизонтальными валка-
ыв диаметром 270- 320 мм. Все клети имеют индивидуальный регули-
руемый привод валков. В черновой группе прокатка ведется в две
нитки одновременно. В каждой чистовой группе прокатка идет в одну
нитку. Заготовки сечением 80X80 мм, длиной 10,5-11,7 мм нагрева-
ются в методической печи с наклонным подом, верхним обогревом,
боковой задачей в выдачей.
Распределительное устройство направляет заготовки, выдаваемые
из печи, поочередно по двум параллельным линиям прокатки. Перед
первой клетью имеются аварийные ножницы. Для кантовки раската
в черновой группе применяют кантующие валки и геликоидальные
проводки. На выходе из черновой группы ив каждой нитке установле-
ны летучке ножницы для обрезки переднего конца раската и для
аварийной порезки раската при бурении в чистовой группе; максималь-
ная скорость прокатки - 15 м/с. После чистовых групп на каждой ни-
нии установлены летучие ножницы ротационного типа для деления
раската на длины, соответствующие длине холодильника (125 мм);
холодильник - двусторонний, реечного типа. Охлажденные полосы
режут на мерные длины на ножницах холодной резки, навирают и увя-
зывают пакеты.
ftc. 113. Схем® ржщ».-лж#гал оборудования таиц 2ЯЬ
1 - мсруювм рвдави; 1 - подаодапвЛ рожпжп 3 - мгрвыдалыая wa; 4 - выияоь
мгеяь; 5 - ржгфадяигаьяв» уероЛяю; S - вджяяцы; 7 - чдовыя группа ктеий--
X - мтухж вяопида; 9 - чистом группы клеи* 10 - лвгучме иошяггж Н - холодал,-
яе - •0C3SWT4 о-ir буиок 14' мгаейвр пда *-лп»
226
Некоторые профили круглой стали производятся со смоткой рас-
ката г бунт с наружным диаметром 1250 мм и внутренним - 850 мм,
массой до 550 кг. Для этого используют четыре моталки, в которые
раск*: из чистовой клети направляется переводной стрелкой и сма-
тывается со скоростью прокатки. Смотанный бунт сталкивается на
транспортер, затем передается на крюковой конвейер, охлаждается,
увязывается и с помощью бунтосъемного устройства и пакетировоч-
ной машины передается на склад готовой продукции.
На этих станах прокатывают круглую сталь 10-24 мм, квадратную
сталь 16 мм, сталь угловую равнополочную с длиной полки 25-43 мм,
полосовую сталь. Производительность стана в зависимости от сорта-
мента составляет 500-700 тыс. т/год.
Пвухниточные мелкосортные станы 250 второго поколения были
запроектированы с учетом применения способа бесконечной прокат-
ки. Для размещения оборудования, предназначенного для стыковой
сварки заготовок, черновая группа клетей удалена от нагревательных
печей на ~70мм. До настоящего времени способ бесконечной про-
катки находится в сталии разработки и исследований, станы 250 рабо-
тают в режиме поштучной прокатки. Черновая группа состоит из семи
горизонтальных клетей, за ней следует промежуточная группа - че-
тыре горизонтальные клети. Две параллельные чистовые группы сос-
тоят каждая из шести чередующихся клетей с вертикальными и гори-
зонтальными валками. Все клети имеют индивидуальный электропри-
вод. Выделение промежуточной группы клетей дает возможность без
увеличения общего числа рабочих клетей (23) получить большую об-
щую вытяжку. Наличие двух нагревательных печей позволяет загру-
жать каждую нитку из отдельной печи и вести прокатку различных
сталей и профилей одновременно по правой и левой ниткам при ус-
ловии выполнения одинаковой величины константы непрерывной
прокатки на обеих нитках. Остальное оборудование, за исключением
конструктивного исполнения, аналогично станам 250 первого поколе-
ния. Более мощный электропривод, прочность клетей и линии привода
позволили специализировать эти станы на более крупном сортаменте
(круглые профиля диаметром до 30 мм, шестигранные до 27 мм, арма-
турные до №30) и достигнуть годового объема производства 1-
1,2 млн.т.
Однониточный мелкосортный стан 250-6 (рис. 113) предназначен
для производства продукции повышенного качества по точности про-
филя, чистоте поверхности и величине обезуглероженного слоя в
бунтах массой до 2,1 м, являющихся подкатом для калибровки и
холодной высадки. На стане в одну нитку прокатывают круглый про-
227
15»
228
филь 14- 42 мм, квадратный со стороной 14-36 мм, шестигранный 14-
40 мм из качественных углеродистых, низколегированных и легиро-
ванных сталей.
Стан состоит из 20 рабочих клетей, расположенных в три группы.
В черновой группе - восемь клетей, в промежуточной и чистовой -
по шесть клетей. В каждой группе чередуются клети с горизонталь-
ными и вертикальными валками. Последние клети в каждой группе -
вертикальные. Все клети имеют индивидуальный электропривод.
Заготовки сечением 150X 150 мм длиной 10- 12 м нагревают в мето-
дической печи с шагающими балками. Нагретые заготовки выдают
из печи внутрипечным рольгангом. Перед входом в стан смонтировано
устройство для сбива окалины водой с четырех граней заготовки дав-
лением 13-15 МПа. Металл в черновой группе прокатывают с неболь-
шим натяжением, в промежуточной и чистовой группах - без натяже-
ния с петлеобразованием, которое поддерживается автоматически
петлерегуляторами. Для обрезки передних концов и аварийной по-
резки раската после каждой группы установлены летучие кривошипные
ножницы. Перед смоткой в бунт раскат подвергается ускоренному ох-
лаждению до 700-850 ’С (в зависимости от содержания углерода в ста-
ли). Для смотки бунтов имеются три моталки, работающие поочередно.
Бунты сматываются * скоростью прокатки, достигающей 21 м/с. Смо-
танные бунты с наружным диаметром 1400 мм, внутренним 900 мм,
высотой до 850 мм шагающими транспортерами подаются к бунтовя-
зальным машинам, а затем по рольгангу передаются на транспортер
с шагающими колосниками к душируюшей установке и пакетирующим
устройствам.
Для поставки продукции в прутках длиной до 6 м на стане исполь-
зуют агрегаты роспуска бунтов. Стан имеет в своем составе отделение
дефектоскопии и отделки заготовок, а также термическое отделение
для термообработки подката в бунтах. Годовой объем производства
800 тыс. т.
X Технологически операции при производстве
сортовой стали
Технологический процесс производства сортовых профилей начи-
нается с подготовки заготовок к прокатке. Качество заготовки во
многом определяет выход годного и производительность стана. Пу-
тем визуального контроля выявляются поверхностные дефекты: пле-
ны, трещины, рванины, закаты и др. Отклонения размеров сечения
от номинальных не должны превышать допускаемые по ГОСТу. Неста-
бильность размеров сечения заготовок, даже в пределах, допускав-
229
Рж. 114. Стад прокатки м непрерывном мелкосортном стане 250:
А - круглой и арматурной стали; Б - угловой равнобокой стали; В - полосовой стали
мых ГОСТ, оказывает влияние на точность получаемых профилей.
Кривые и скрученные, короткие или слишком длинные заготовки за-
трудняют загрузку печи, могут вызвать застревание металла в печи,
поэтому они ие должны допускаться в прокатку. При подготовке к
прокатке легированных и высокоутлеродистых сталей, помимо ви-
зуального контроля, производят светление поверхности заготовок и
травление. Светление заключается в снятии слоя окалины с поверх-
ности металла абразивным кругом с целью обнаружения поверхности
вых дефектов. Дефекты с поверхности заготовок удаляют огневой
зачисткой, пневматической вырубкой, зачисткой абразивными кру-
230
гами или механической зачисткой (строжкой, фрезерованием). Выбор
способа зачистки зависит от характера расположения дефектов, их
вида, марки стали, назначения проката. В зависимости от степени по-
раженности дефектами применяют сплошную или местную зачистку
При производстве подката для калибровки и холодной высадки высо-
кие требования предъявляются к толщине обезуглероженного слоя
металла на поверхности профиля. Для обеспечения требуемого ка-
чества проката производится полное удаление обезуглероженного
металла с поверхности заготовок путем сплошной абразивной зачистки.
На мелкосортном стане 250-6 имеется линия дефектоскопии загото-
вок, оборудованная магнитографическим и ультразвуковым дефекто-
скопами для автоматического и непрерывного контроля поверхност-
ных и внутренних дефектов заготовок, а также устройством ’’Магне-
тест” для выявления смешивания заготовок из разных марок стали.
В линии дефектоскопии заготовки проходят правку на роликоправиль-
ной машине, очистку поверхности от окалины на дробеметной уста-
новке, контроль поверхностных и внутренних дефектов с маркиров-
кой красками и далее поступают на обдирочно-шлифовальные станки.
Зачищенные заготовки передаются на склад и последующую прокатку.
Режим нагрева заготовок в печи выбирают в зависимости от хими-
ческого состава стали. Основным фактором, определяющим макси-
мальную температуру нагрева заготовок, является содержание угле-
рода в стали: с повышением содержания углерода максимальная тем-
пература нагрева снижается. При нагрева важно обеспечить равно-
мерное распределение температуры по длине и сечению заготовки,
что оказывает большое влияние на процесс деформации в калибрах,
точность размеров и качество получаемого проката. Наряду с окисле-
нием заготовок при нагрева происходит обезуглероживание поверх-
ностного слоя металла. При нагрева заготовок из сталей, склонных к
обезуглероживанию, обычно снижают температуру и продолжитель-
ность нагрева (особенно в зоне высоких температур). Существенно
уменьшаются потери металла в окалину и величина обезуглерожива-
ния в печах с шагающим подом, так как время нагрева заготовок
сокращается почтя вдвое по сравнению с печами с монолитным подом
из-за всестороннего нагрева заготовок. Температура начала прокатки
на непрерывных станах составляет 1120-1180 ’С.
Прокатка всех профилей производится по утвержденным схемам
калибровок и заданному скоростному режиму прокатки. Схема ка-
либровки должна предусматривать возможность получения на стане
различных профилей при минимальных затратах на перевалку и пе-
ренастройку стана путем использования одних и тех же черновых
валков для получения различных профилей. На рис. 114 показана
схема прокатки различных профилей на одном из мелкосортных ста-
231
нов 250, согласно которой различные профил еразмеры проката полу-
чают при минимальных простоях стана на перевалки. Так, например,
переход с прокатки круглого профиля диаметром 12 мм на арматур-
ный № 12 требует перевалки только чистовой клети 15 и изменения
настройки предчистовой клети 14. Для перехода на прокатку угловых
или полосовых профилей необходима перевалка всей чистовой группы
н 5-й и 7-й клетей черновой группы. В то же время для получения уг-
ловых профилей различного размера необходимо заменить калибры
или перевалить только 11-ю и 12-ю клети, а для прокатки различного
размера полос - только 14-ю клеть.
Точность профилей, получаемых на прокатных станах, зависит от
конструктивных особенностей оборудования и целого ряда техноло-
гических факторов. От технического уровня оборудования, качества
изготовления валков и привалковой арматуры зависит правильность
геометрической формы и точность размеров проката. В устранении
изменений геометрических размеров профиля по длине прокатываемой
полосы важное значение имеет повышение жесткости рабочих клетей
Клети обычных конструкций не обеспечивают достаточной жесткости
для получения проката повышенной и высокой точности. Повышение
требований к точности проката привело к созданию специальных
конструкций жестких и предварительно напряженных клетей (ПИК).
Особенностью ПНК является то, что корпус клети предварительно
нагружается усилием, превосходящим усилие, возникающее в процес-
се прокатки. При этом колебания усилия в процессе прокатки практи-
чески не оказывают влияния на деформацию клети и вертикальный
размер профиля. Разработаны конструкции объемно-напряженных
клетей (ОНК), имеющих повышенную жесткость как в радиальном,
так и в осевом направлении. Использование современных конструкций
жестких рабочих клетей позволяет получать прокат повышенной и
высокой точности при учете влияния таких технологических факторов,
как температурные условия прокатки, скоростной режим прокатки
и колебания величины межклетевых натяжений полосы, используемая
система калибровки и износ калибров, число одновременно прока-
тываемых ниток и др. Прокатка на непрерывных и полунепрерывных
станах по сравнению с линейными характеризуется минимальным
понижением температуры полосы во время прокатки. Температура
конца прокатки составляет 1000-1050 ’С на полунепрерывных и непре-
рывных станах и 930- 950 ’С на линейных и последовательных станах.
Температурный режим прокатки оказывает значительное влияние на
усилия и расход энергии на прокатку, износ калибров, качество по-
верхности и точность размеров профиля, структуру и механические
свойства готового проката.
В черновых клетях сортовых станов применяют как стальные, так
232
и чугунные валки. Стальные валки для крупно-, средне- и мелкосорт-
ных станов изготавливают из кованой высокоуглеродистой стали,
легированной хромом, никелем, молибденом. Они обладают высокой
нагрузочной способностью, но по износостойкости уступают чугунным
валкам из-за образования сетки разгара на поверхности калибре.
Поэтому в чистовых и промежуточных клетях, а также там, где обес-
печивается прочность валка в черновых клетях, на сортовых станах
применяют чугунные валки из нелегированного или легированного
чугуна с пластинчатым или шаровидным графитом (марки СП, CIiI,
СПХН, СШХН). Рабочий слой отбеленного чугуна обладает высокой
твердостью и износостойкостью. Валки могут быть отлиты гладкими
или с профильными ручьями. Во время работы стана на рабочие калиб-
ры непрерывно подается вода для охлаждения валков и предупреж-
дения выгорания и растрескивания рабочей поверхности ручьев.
Скоростной режим прокатки по клетям непрерывного стана опре-
деляют исходя из соблюдения константы непрерывной прокатки, ве-
личина которой выбирается по рабочей клети или участку стана с
наименьшей пропускной способностью. При прокатка крупных про-
филей константа непрерывной прокатки обычно ограничивается чер-
новыми клетями или производительностью нагревательной печи. При
прокатке профилей малого сечения величина константы и максималь-
ная скорость прокатки часто ограничиваются мощностью привода
чистовых клетей и технически возможной скоростью приема полос
на холодильнике. Поддержание заданной частоты вращения валков
с высокой точностью обеспечивают автоматические системы регули-
рования скорости прокатных двигателей. В черновых клетях непре-
рывного стана прокатка проводится с небольшим натяжением, кото-
рое обеспечивает устойчивое положение раската и не оказывает за-
метного влияния на размеры профиля. Небольшая скорость движения
полосы в черновых клетях позволяет установить режим прокатки
с небольшим натяжением, ориентируясь по поведению полосы, по
изменению интервала между следующими друг за другом полосами
и другим признакам. В чистовых клетях скорость движения полосы
значительно возрастает и ручной способ регулирования режима на-
тяжений не может обеспечить достаточное быстродействие и точность
поддержания заданного режима. Современные непрерывные станы
оборудованы устройствами образования петли раската в межклете-
вых промежутках и автоматического поддержания ее размеров в за-
данных пределах. При прохождении переднего конца раската между
клетями петлеобразующие ролики выведены с линии прокатки и ив
препятствуют свободному входу полосы в следующую клеть. После
захвата полосы валками следующей клети петлеобразующие ролики
выводятся в рабочие положение и формируют дугообразную петлю
233
раската между клетями, наличие которой обеспечивает отсутствие
силового взаимодействия между клетями и утяжки полосы от действия
натяжения.
Температурный режим нагрева и прокатки, режим деформации по-
лосы в валках и охлаждения оказывают влияние на механические
свойства готового проката. Высокие механические свойства обеспе-
чиваются при получения мелкозернистой структуры. Для повышения
уровня и стабильности механических свойств сортового проката при-
меняют технологию контролируемой прокатки. Контролируемая
прокатка характеризуется совмещением пластической деформации и
термической обработки металла. Строго регламентируются условия
нагрева металла в зависимости от химического состава, температур-
ные и деформационные параметры процесса и режимы охлаждения
металла на различных стадиях обработки. Контролируемая прокатка
позволяет одновременно повысить прочность, пластичность и вязкость
стали. Повышение механических свойств углеродистых и низколеги-
рованных сталей основано на замедлении процесса рекристаллизации
деформируемого аустенита путем проведения деформации при воз-
можно более низких т-мпературах в аустенитной области с последую-
щим охлаждением.
При контролируемой прокатке сортового проката из углеродистых
и низколегированных сталей можно выделить следующие стадии:
прокатка в черновых проходах при температуре выше 1000 'С;
ускоренное подстуживание раската в охлаждающих устройствах;
прокатка в чистовых проходах с суммарным обжатием до 50 % и
деформацией за проход 15- 20 %. Окончание прокатки при температу-
рах 800-850 'С;
ускоренное охлаждение проката до 650- 750 *С водой высокого дав-
ления с последующим охлаждением на воздухе.
Основная сложность применения технологии контролируемой про-
катки на сортовых станах связана с регулируемым охлаждением ме-
талла в потоке стана. При ограниченных габаритах охлаждающих
устройств должна быть обеспечена высокая интенсивность теплоот-
бора, равномерность охлаждения, надежная транспортировка профи-
лей через охлаждающие устройства.
Более простым и широко распространенным является способ по-
вышения механических свойств проката и снижения окалиноебразо-
вания путем ускоренного охлаждения проката в потоке стана на
участке между чистовой клетью и холодильником. По степени влия-
ния на структуру и свойства металла различают следующие техноло-
гические схемы ускоренного охлаждения от температуры конца про-
катки: до 700- 850 ’С; до 600- 750 *С; ниже 650 ’С.
Выбор схемы ускоренного охлаждения сортового проката с прокат-
234
него нагрева зависит от химического состава стали и требуемого
уровня механических свойств. Первая схема обеспечивает сохране-
ние или некоторое повышение технологических свойств и уменьшение
потерь металла в окалину. Ускоренное охлаждение проката до 600-
750 ’С приводит к существенному изменению структурного состояния
стали, уровень прочностных свойств проката повышается на 5-20%
при сохранении удовлетворительной пластичности. Путем ускоренного
охлаждения до указанных температур можно осуществлять тепловую
правку сложных фасонных профилей. Так, для предотвращения искрив-
ления угловых профилей применяют ускоренное охлаждение профили
до 700-950 ’С по всему сечению и избирательное охлаждение их вер-
шины до 500-700’С. Сочетанием охлаждения проката по всему сече-
нию с дополнительным избирательным охлаждением наиболее мас-
сивных элементов сечения профиля получают фасонные профили с
более высокими механическими свойствами и меньшей кривизны.
Ускоренное охлаждение до температур ниже 650 *С приводит к
коренным изменениям в структуре, что позволяет при достаточном
запасе пластичности получить повышение прочностных свойств в
1,5-2 раза, значительно увеличить уровень ударной вязкости и хладо-
стойкости. Широко применяется термическое упрочнение стержневой
арматурной стали.
В связи с термоупрочнением сортовых профилей с прокатного на-
грева усложняется работа холодильника. С понижением температуры
металла уменьшается коэффициент трения полосы в приемном жело-
бе холодильника и значительно увеличивается путь торможения по-
лос. Для торможения полос применяют специальные устройства или
приходится снижать скорость прокатки. Из-за повышения прочности
металла возрастает усилие резания, что иногда приводит к поломкам,
а при уменьшении количества одновременно разрезаемых стержней
уменьшается пропускная способность ножниц. При производстве сорто-
вого проката в бунтах охлаждение металла ухудшает захват полосы
моталкой. Поэтому передний конец полосы пропускают в моталку
без охлаждения, а затем включаются в работу секции ускоренного
охлаждения проката.
Одним из эффективных направлений получения профилей высокой
точности, экономии металла при его производстве и потреблении яв-
ляется использование технологии горячего калибрования подката
в технологическом потоке станов горячей прокатки. Для получения
горячекалиброванной стали за чистовой клетью дополнительно уста-
навливают двух- или трехклетевой блок трехвалковых клетей. Рас-
кат, поступающий в калибрующий блок из чистовой клети, получает
малые обжатия в системе калибров круг-круг, что обеспечивает по-
лучение профили высокой точности. Окалину с поверхности горяче-
235
калиброванного проката удаляют пескоструйной обработкой, нгло-
фрезерованнем, на правильно-полировальных машинах и др.
Эффективным способом экономии металла и снижения трудовых
затрат в народном хозяйстве является прокатка профилей обычной
точности с использованием только минусового поля допуска - про-
катка ”на минус”. Реализация эффекта, получаемого у металлургов
от прокатки ”на минус”, находит отражение в поставках проката
по теоретической массе, сущность которых заключается в том, что
масса прокатной продукции исчисляется из длины ее и теоретической
массы I м профиля исходя из размеров его сечения по ГОСТу. Эффект
достигается также и у потребителя за счет облегчения металлоконст-
рукций.
Поточность производства на прокатных станах создает благоприят-
ные условия для автоматизации производственного процесса. На
полунепрерывных станах 350 автоматизированы тепловые режимы
нагрева заготовок, выдача заготовок из печи и задача их в стан, кан-
товка раскатов и передача их из одной линии в другую, охлаждение
готового проката на холодильнике и передача на агрегаты правки и
порезки металла. На станах 250 автоматизирована загрузка загото-
вок в печь, тепловой режим нагрева заготовок, обрезка переднего
конца раската на ножницах после черновой группы клетей, раскрой
прокатанной полосы на летучих ножницах, охлаждение на холодиль-
нике и тщ. На новых прокатных станах вводятся в эксплуатацию
комплексные автоматические системы управления технологическим
процессом (АСУТП), оснащенные ЭВМ. Эти системы обеспечивают ста-
бильность параметров технологического процесса прокатки, повы-
шается точность размеров проката, качество поверхности, улучшаются
механические свойства готовой продукции. На современных прокат-
ных станах задачи управления технологическими процессами реша-
ются с учетом планирования, контроля за прохождением металла по
переделам, с использованием данных о параметрах технологических
процессов, для чего используются мощные ЭВМ. В настоящее время все
строящиеся и реконструируемые сортопрокатные станы оборудуются
АСУТП на базе микро- и мини-ЭВМ.
4. Калибровка черновет вашов с исполы
систем вытяжных калибров
В главе I приведена характеристика систем вытяжных калибров,
применяемых на сортовых станах для последовательного уменьшения
площади поперечного сечения заготовки. Расчеты калибровок вал-
ков с использованием систем прямоугольных (ящичных) калибров,
а также вытяжных калибров системы ромб-квадрат рассмотрены в
236
гл. Ш и ГУ. Рассмотрим методы расчета калибровок в других системах
вытяжных калибров.
Система овал - квадрат
Черновые калибры системы овал-квадрат широко применяют на
среднесортных, мелкосортных и проволочных станах при необходи-
мости получения большой общей вытяжки от заготовки до готового
профиля.
На рис. 115 представлена часть последовательности калибров сис-
темы овал-квадрат, включающая исходный квадратный калибр со
стороной с1( промежуточный овальный калибр с размерами h3 х и
следующий квадратный калибр со стороной с3. Для расчета размера
с3 квадратного профиля, получаемого из исходного квадрата со сто-
роной сх, необходимо выбрать вытяжки в овальном калибре 2 и квад-
ратном 3, В овальных калибрах возможно получение больших коэф-
фициентов вытяжки - до 2 и больше. Обычно вытяжки в овальных
калибрах изменяются в пределах Ам = 1,3 -s-1,8. При заданном раз-
мере Cj вытяжка в овальном калибре увеличивается при уменьшении
высоты ct, т.е. С увеличением обжатия &hm = с, - йа. Одновременно
с увеличением обжатия растет уширение в овальном калибре и ширине
получаемого овала Ь2. Величина уширения может быть опреде-
лена расчетом по формуле (83). На практике применяют овалы с соот-
ношением размеров Ь3/йа = 1,5 *4,5. При отношении Ьа/йа < 1,5 про-
филь плохо удерживается пропусками, при b3/h3 > 4,5 высокий оваль-
ный профиль становится неустойчивым в квадратном калибре. В квад-
ратных калибрах коэффициенты вытяжки значительно меньше, чем
в овальных - в пределах Arb = 1,15 + 1,6. Обычно пользуются следую-
щим соотношением коэффициентов вытяжки в овале и квадрате:
- 1 +1,5(ЛКВ- 1), (193)
Для определения коэффициента вытяжки А^ можно воспользо-
ваться формулами (80), (80а), учитывающими влияние на вытяжку
Рк. 115. Схема обошпший размеров в калибрах еяехаш ови-квадрат
237
диаметра валков, стороны получаемого квадрата и величины абсо-
лютного обжатия овальной полосы в квадратном калибре.
Формулы (82), (82а) позволяют определить величину уширения
"зальной полосы в квадратном калибре.
Рассмотрим и примерах последоватеяьг'эиь расчета черновых калибров по системе
овап-квадри.
Пример 1. Исходные шижые.
Заде рммер стороны квадрата са * 35 мм. Номинальный диаметр валков во всех кле-
тях - D 380 мм, валки чугунные. Температура прокатки t 1CSU СС, скорость прокмки
»»-23м/е.
Расчет еда* против хода прокатки.
Опрелоюга* допускаемый угой захвата (ийл. 2)
«так» 4S - 6,015 г - 2,4 т, - 43 - 0,015 1050 - 2,4 2,5 - 11’15*.
Максима® ю эоаможиое обжатие в квадратном калибре 3 т условиям захвата
ДЬтахэ (В - h,j(l - сяотада),
где h3 1.41 с, - 0,82 г» * 1,31 с, - высот» квадратного профиля с учетом закругления дм
калибре радиусом г, * 0,12 с,.
Д h та» (380 - 1,01 -35) (1 - 0,932) - 22,1мм.
Примем Aft,-20 мм (ц,-ЙГ).
По формуле (80а) определяй* предварительно величину коэффициента вытяжки в
калибре 3:
Хкв» 1 + (длэ - Ме» - 0.05Л + 61Л/1ЭВ - 1 + (20 - 0.4-3$ - 0,05-380 +
+ 61ЯД30 - 1373.
Уширсете при прокатке пвадыюй полосы в квадратном калибре 3 йаесчитываем по
формуле (82):
AS, (031 - 0,002 с, (2 - 0.01 е,) + 033 ( Хм, - 1,1) + 0.00045 (D - 350)) с,
• (8,32 - 0,002 • 35 (2 - 0,01 85) + 0,98 (1,373 -1,1) + 0,00045 380 - 350)) 35 - 11,3 мм.
Размеры промежуточного овального профиля должны быть равны:
высота h3 1,31 с, - Аб, - 1,21-35 - ИЗ 34,6 мм:
ширина Ьа • 1,31 е, + Ah, « 1,01 -35 + 28 - 65,9 мм.
Площадь сечения квадратного профиля, получаемого из калибр» ft
Гкв, - 0,98 cj 1200 мм8.
Площадь сечения овального профиля, получаемого из калибра 2
*ОВ» - 6а» Хкв» - 1200-1,373 1650 мм8.
Коэффициент рытяжхи в овалыкм калибре:
Хов, - 1 ♦ 1Л(*ад» - 1) - 1 + 1,5(1,373 - 1) 136.
Площадь сечения квадратного профиля, получаемого из калибре !•.
?кв» -foBi^oB» 1650- 1.56 - 2570мм8.
Сирс квадрата, получаемого из калибра 2:
238
е, - 1,01 ^Гкв1 - 1,01 V2570 - 51,2 мм.
Допускаемый угол мхвеа в калибр» 2
«тм» - 43 - 0,015 ? - 2.4Ъ - 43 - 6,И5 • 1050 - 2,4-2^1,373 - 2Г53’.
Фактический угол мхмп в калибре 2 будет равен;
где Лиа • Г(яа/Ь1 1650/65,5 - 25 мм - средняя высота овального калина.
Уширяме кшрятжж пыош с» в свешан калибра 2 определяется по пряблихекиЛ
формуле (63):
, А Лера
АЛ» 0,4уЯкаАЛера ~~ ,
где Лкт 0^ (D - figja) - катавший радиус в овалииы калибре; Ahf-,, «с, - Лер, -
редаее обжатие в овалииы калибра.
Палучаа*
.------------------ 51,2-25
А- 0,4/oJ(38O - 25)(51,2 - 25) ; - 14,0мм.
При ты ширина ввалыий полоал получится pt
h'% е, + AS, - 51,2 * 14 - 55,6 мм,
что практически ешяидЕИ с определеккым выше рммероы Ь, - 65,9 мм и исключает «еоб-
ходимость корреквгргакк раялрл калибров 1 и 2.
Принимаем кюффмяяит мпапиеиия овашвго калибре 2 разным 1 >0,9. Тогда ши-
рина калибре должка быть равна BKi - Ь»/А - 65,6/0,9 22,9 мм. Высота калибра Нкз
-к, "34,6мм.
Коэффициент формы калибре лК1 BKi • 72,9/34,6 2,1.
Радиус ручмк
ТО,9а + 34,6*
4НК ” 4-34,6
Затор по буртам калибре > 0,15НК - 0,15 • 34,6 - 5,2 мм.
Ширина рем калибре
Величии* прягупжвжя овма:
Пример! Истздаыелтжл
Зо^_ раааа<№ жммжтиых прпЛия* е, - 5$ мм, е, - 35 мм. Уи. м»>г. п лиг'- ежа-
239
логичны условиям примера 1. Необходимо определить размеры промежуточного овально-
го профиля и калибра 2.
Расчет ведем против хода пропит.
Определим общую вытяжку tn квадрата с, на квадрат е,;
Ьобщ - - (SW35}3 “ 2.041.
При ^общ < 1.0 использование системы калибров овал-квадрат на дает хороших ре-
зультатов из-за плохого выполнения овала и последующее квадрата, питому более целе-
сообразно в иях случаях использовав, систему калибров ромб-квадрат.
Общую вытяжку нужно ркпределить между овальным 2 и квадратным 3 калибрами.
Для этого можно воеполмоватыя приближенной формулой
Ч + Сэ 5-50 + 35
----- - -------- “ 1,35.
бе, в-35
Ьквз
тогде ХоВ5 = Хобщ/Хквз = 2,041/1,35 = 1,51.
Уширяме при прокатка овальной полосы в квадратном калибре 3 раесчитываа< по
формуле (S3):
АЬэ = (0,31-0,002 - 35 (2 - 0,1 -35) * 0,33(1,35-1,1) + 0,00045 (380 - 350)) 3$ -11мм.
Предварительные размеры промежуточного овального профиля будут равны:
высота ht = 1J1 е3 - АЬэ = 1,31 -35 - 11 = 34,9 мм;
площадь сечения f, - F3 Хгаэ - 0,98 • 352 1,35 = 1620 мм2;
1620
h " 1757 ‘ 0.7 Л.9 '
средняя высота htpi = F,/bi = 1620/66,3 = 24,4 мм.
Обжатие в калибре 3 будя равно Ahs 5, - 1J1 с, - 66,3 - 1J1 • 35 - 20,4 мм, что до-
пустимо по условиям захвата (см. пример 1).
Среднее обжатие в калибре 2 будя равно Ahgp, - с, - h^, - 50 - 24,4 = 25,6 мм, что
также допустимо по условиям захвата в калибре 2 (см. пример 1).
Уширение кмдряжй полосы с, в овальном калибре 2 определим по формуле (83):
)--------- 25,6
ДЬ, = 0,4 V 177.8 25,6 — - 13,8 мм.
где Яка = 0Л (D - hept) = 0.5 (380 - 24,4) -177,8 мм.
С учетом расчетной ваяачнны уширестя в овапьим калибре ширина овальной полосы
получится Р8ЯЕЯЙ
6’г = с} + Д&, = 50 + 13,8 = 63,8 мм,
что несколько меньше определенного выше размера Ь, = 66,3 мм.
Приняв уточненное значение ширины овала hi - 63,8 мм, уточняем среднюю высоту
овала hip, =Га/Ь'а = 1620/63,8 = 25,4мм.
Величина среднего обжатии в калибре 2 теперь получается разной
Ahjp, = е, - А^р, - 50 — 25,4 = 34,6 мм,
а уширвие на формуле (83) будя равно
!-------------------- 34,6
Ah', = 0,4/177^-24,6 -£j~ - 13 мм.
Так как изменение уширения незначительно, итерационный продасс расчета ширины
овала можно прекратить, приняв окончательно
240
»» = ej + Afti - 58 + 13 ° 63 мм.
Принимаем коэффициент маюизеяия овального калибре 5 8» 0,9, гаде ширина калибра
должна быть равнаВка = &,/5 = 63/0,9 » 70 мм.
Высота калибра Ям - h, 34,9 мм.
Коэффициент форам калибра: сК2 - Вкз/Икз - 70/34,9 - 2,01.
70» *34,9’
Радиус ручьев Я = —4-34 9 ' “ 43,8
Затор по буртам калибра: 1 - 0,15 • 34,9 = 5,2 мм.
Ширина вреда калибра:
Величия* притупления овала:
Система калибров шестиугольник-квадрат
Достоинства Этой системы калибров объясняют все большее ее
распространение не только на средне-, мелкосортных и проволочных
станах, по и на крупносортных и заготовочных станах.
Общий коэффициент вытяжки в пара калибров шестиугольник-квад-
рат обычно составляет 2-2,3, причем коэффициенты вытяжки в шес-
тиугольном и квадратном калибрах примерно одинаковы, в отличие
от системы овал- квадрат.
Рассмотрим из примере поеледовстельЕоеть расчета черновых калибров в системе
шеетнугалъник-квадра (рис. 116).
Исходные донные
Заданы размеры исходите квадратного профиля, получаемого из калибре 1, еа = 45 мм.
Начальный диаметр валков во всех клетях D » 380 мм. Температура прокатки t - 1050 *С,
скорость прокатки в клети 2 >- - 2,2 м/с. Необходимо определить размеры последующих
калибров 2 и 3 (по ходу прокатки),
he. lit. Схема обозЕКчанЕй размеров в калибрах системы шестиугольник—квадрат
14-123
24!
Определяем допускаемый угол захвата в калибре 2:
“max а = « - 0,015 • 1050 - 2,4 •2,2-22'.
Максимально возможное обжатие в калибре 2 по условиям захвата
ЛЛтаха “ 0,SD (I - см“тахз) - 03*380(1 - cct21F) - 20,6мм.
Высота шестиугольника
ha - е, - ЛЛщаха = 45 - 20,6 - 24,4мм.
Примем ширину по дну шестиугольного калибре равной 0,95 са
Вда - 0,95 * 45 - 42,8 мм.
Тогда ширина калибре 2 будет равна
Яка Яда + Ьа " 42,8 + 24,4 - 67,2 мм.
Степень заполнения шестиугольного калибра принимаем равной б = 0,9, тогда ширина
шестиугольной полосы в калибре2 должна быть равна Ьа • Яка 4 67,2-03 = 60,4 мм.
Площадь сечения шестиугольника!
Fa - baha - 0,32 ha - 60,4 24,4 - 0,32 24,4’ 1270 мм2.
Средняя высота Ьера Pafoa - 1270/60,4 = 21мм.
Проверим заполнение шестиугольного калибре 2, выполнив расчет уширения по формуле
г— Ahjpa
Abj = 0,4 уЯкз Ahjpj е '
где Яка- (В - heps) 03 “ (380 - 21) 03 - 179,5 мм; Ahg,, ” с, - hq, а - 45 - 21 " 24 мм.
Тогда получим
/1 24
Abj - 0,4 V 179,5 • 24 — - 14 мм.
Уточняем ширину шестиугольника;
Ьа Ci + Aba - 45 + 14 - 59 мм.
Ширину калибре 2 можно оставить без изменения - Яка " 67,2 мм, так как при этом
степень заполнения калибре находится в допустимых пределах
б = = 59/67,2 - 0,878,
Уточняем площадь шестиугольника
Ра - 59 24,4 - 0,32 24,42 - 1237 мм3.
Коэффициент вытяжки в шестиугольном калибре
X» - 0,98с?/Га = 0,98• 45’71237 - 1,6.
Переходим к определению размеров квадратного калибре 3.
Скорость прокатки в калибре 3 принимаем равной
»з = »а Ха - 2,2 *1,6 = 3,5 м/с.
Допускаемый угол захвата в калибре 3:
242
атахз - 43 - 0.015 1Я50 - 2,4 3,5 = 18"S0'.
Максимально возможное обжатие в калибр* 3 по условиям захвата:
ЛЬпихз - 0,9-388(1 - сот 18’SO') - 18,3 мм.
Высот» квадратного калибре .1 будет равна
h, о fta — Ahmaxa " 59 — 10J - 40,7 мм.
Это соответствует стороне квадрат»
с, = Ла/1,31 = 40,7/1.31 - 31 мм.
Площадь сечения профиля, получаемого из калибра 3,
Ft = 0,98 eg 0,98-31» = 942 мм».
Коэффициент вытяжки в калибра 3:
Х3 = ra/Fs - 1257/942 - 1,31.
Проверим заполнение квадратного калибра 3, выттшв расчет уширения по форму-
ле (83):
Д&з = (0,32 - 0,002с, (2 - 0,01 е,) + 0,38 (X, -1,1) + 0,00045 (D - 330)) с„
ДЬЭ - (8,32 - 0,002 • 31 (2 - 0,01 • 51) + 0Д8 (1,31 - 1,1) * 0,00045 (380 - 330)) 31 - 9,6 мм.
Ширина профиля, получаемого в калибра 3, будет равна
ь3 Л, ♦ ДЬ, - 24,4 ♦ 9,6 - 34мм.
При ширина калибра 3, равной Вхз “ 1,41са ” 43,7 мм, степень заполнения калибра будет
равна 8 = 6з/Вкэ = 34/43,7 = 0,78, т.е. квадратный калибр будет незаполненным.
Так как возможность уменьшения размера сэ исключается по условиям предельного
захвата в калибра 3, необходимо выполнить корректировку размеров шестиугольного
калибра путем увеличения высоты Л5, что также окажет влияние из величину размера
Примем степень заполнения квадратного калибра 5 = 0,85, что соответствует ширине
профиля й’3 = Вка в - 43,7 0,05 - 37,1 мм. Высоту калибра 2 увеличим иа разность Ь'5 -Ь3*
= 37,1 - 34 = 3,1 мм. Получаем hi = 24,4 + 3,1 27,5 мм. Теперь величина обжатия в калиб-
ре 2 будет равна
Ah; = Cj - hj - 45 - 273 - 17,5 мм,
что соответствует углу захвата
/ ДЛ» \ / 17.5 \
as = arccos 1 - , - атесоз 1 - ; = 18“08‘.
\ D-л,/ \ 380 - 27,5/
Корректируем величину уширения в калибре 2
Теперь ширина шестиугольника получается равной
ь; = с, + ль; - 45 ♦ 11,9 - 56,9 мм.
Уточняем площадь шестиугольника
243
he. 117. Построение шесту i ильного (2) я квадратного (?) калибров по результатам расчет-
ной калибровки (* - ширина прокатываемого профиля)
KJ - 54,9 • 27Ji - 0,32 • 27^а = 1323 мм3.
Коэффяпитвт вытяжки в калибре 2
Ц - 0№?/F's - 0,38 45а/1323 - ЗА
Коаффяпиеи вытяжки в калибре 3
к; - г;/г, = 1323/942 - М.
Угол захвата в калибре 3:
’> - тМ;) ‘ ‘ '™'-
Пересчитываем ушироше в квадратном калибре 3:
АЬ'з -(0,32 - 9,002 • 31 (2 - 6,01 • 31) + 0,9» (М - 1,1) + 0,00045 (380 - 330)) 31 = 10,0 мм.
Ширина получаемого профиля будет равна
0'9 - hi + ЛЬ, - 27,5 + 10,6 = 38,1 мм.
Степень аалаляеикя квадратного калибра 3 получается равной
в - Ь’з/Вк» = 38,1/43,7 - 0,87,
что находится в рекомендуемых пределах в 0,0 + 0,5.
В шестиугольном калибре 2 выполним корректировку размеров по дну калибра в евя-
Лда Вкх - ”а - «7Д - 27,5 - 39,7 мм.
Зазоры по буртам калибров принимаем равными
а, - 0,15 hl - 0,15 27,5 = 4,1 мм;
аэ-0,1 h, - 0,1-40,7 = 4,1мм.
Построение калибров 2 и 3 приведено на ряс. 117.
244
Система овал - ребровый овал
Коэффициенты вытяжки в этой системе калибров меньше, чем в
системе овал-квадрат. Обычно в ребровом овальном калибра вытяжка
находится в пределах Ap.OT = 1,15 + 1,35, в овальных калибрах вытяжка
несколько больше:
X» - 1 +(U+U) Up.»- I). (194)
При отношении Ьот/Ьот > 2,7 раскат становится неустойчивым при
прокатке в ребровом овальном калибре. Обычно используют овалы
с соотношением Ь^/Ь» « 2 + 2,5. В ребровых овальных калибрах соот-
ношение между высотой и шириной калибре составляет
Лр.ов/Ьр.ов " 1,05+1,25.
Последовательность расчета черновых калибров в системе овал-ребровмй свал рассмот-
рим из примера (рис. 118).
Исходные данные
Заданы раммры овала, получаемого из калибре 3:
- 19 мм; 0» 38 мм.
Начальный диаметр валков во всех клетях Л " 330 мм. Температура прокатки t - 1050 *С, .
жороеть прокатки в клия 3 тэ - 5и/е. Необходимо определить размеры предыдущих
калибров 2 в 1 (прола хода прокатки).
Определяем допустимый угол захвата в калибре 3:
втахз - 43 - 0,015 • 1050 - 3,4 • 5 - 15*15'.
Макеимальво возможное обжатие в калибра 3 по условиям захвата:
Ah max з - (D - hs) (1 — eosomaxj) (380 —19) (1 - eosl5*15‘) П мм.
Рас. 118. Схема обозначений размеров в калибрах системы овал-ревровой овал
245
При этом толщина ребрового овала, эедавааиого в калибре 3, должна быть равна Ьа ’
= h3 + Д Л maxi” 19 + 11 - 30 мм,
Уширение в овальном калибре 3 определим по формуле (86):
I--------- ЛЛср’
ДЬэ = 0,475 V Якэ ДЛерз l •
у "сра
гпо Д^срз “ среднее обжатие в калибра 3;
Ahjpj = бора “ ^срз>
йсрз " 0,75Ьа - средняя толщина ребрового овала, мдавааиого в калибр 3; h^j 0,7h3 -
средняя высота овала в калибре 3; Яка ° 0,5 (D — Дерэ) — катающий радиус в калибра 3,
,------------------------------- 0,75 • 38 - 0,7 • 19
ДЬ3 = 0,0757(330-0,7 - 19) 0,5(8,75-38-0,7 - 19) ---0/75^35---- = 7,4мм.
Показатель уширения в калибре 3 равен к, = ДЬ3/Д ha 7,4/11 = 0,673.
Высота ребрового овала в калибре 2 с учетом уширения в калибре 3 должна быть равна
ha - 83 - Д63 = 38-7,4 - 30,6 мм.
Соотношение размеров профиля в калибре 2 получается равным
hafba = 38,6/30 = 1,02.
Произведем корректировку обжатия и уширения в калибре 3, приняв соотношение
размеров ребрового овала Дк/Ьд 1,25 (Л3, Ьк - размеры ребрового овала после корректи-
ровки). При этом исходим из того, что величина показателя уширения в калибре 3 остается
неизменной:
гдеДЛаиДЬ3- обжатие и уширение в калибре 3 после корректировки.
Подставив в (195) Ь‘л и Л а/1,25, после решения относительно h's получаем следующее
выражот'.е:
1 + *,/1,25 ’
Определяем высоту ребрового овала в калибра 2:
38 + 0,673-19
h’" 1 + 0.673/1,25" " 33
Ширина ребрового овала 6'а = Л'а/1,25 - 33/1,25 и 26,4 мм.
С учетом корректировки размеров ребрового свала обжатие в калибре 3 будет равно
ДЬ3 = ba-h3= 26,4 - 19 * 7,4 мм, уширение ЛЬ'Э = Ь3 - Л’а “ 38 - 33 = 5,0 мм. При проверке
уширения по формуле (84) получаем также ДЬ 3 5,0 мм.
Угол захвата в калибра 3 равен
- ™»(1 - 5^) -
Площадь сечения ребрового овала, получаемого из калибра 2, равна Fa 0,75 h3b3 = I
= 0,75-33-26,4-653 мма.
Площадь сечения овала, получаемого из калибра 3: F, = 0,7 h3b, “ 0<7 19 - 38 ’ 505 мм3.
Коэффициент вытяжки в третьем калибре
X, - FalFs = 653/505 - 1,293.
246
Переходим к определял» размеров следующее овального калибре 1. При скорости
прокатки в калибре 2, равной »2 »Э/Ха = 5/1.253 - 3,81 м/е, определяем допускаемый
угол захвата в калибре 2 .
отам = 43 - 0,015 • 1050 - 2,4 • 3,87 - 18*.
Максимально возможное обжатие в калибре 2 по условиям захвата:
Дйпиха (D — hjJfl -сотатам) (ЭМ — 35)(1 — см 18”) 14,5 мм.
При этом обжатии коэффициент вытяжки в ребровом овальном калибре 2 по формула
(84) будет ранет________ _____________________________________________
/ Ahmaxs / 14,5
- 0,00483-0,ООИЗСТ-^-ХИДУ -
- 0,004 * 26,4 - 0,001 (350 - 330) - 1,25.
Уширение овальной полосы в ребровом овалмш калибра 2 определяем по форму
на (85):
(0,0015 D + О.ЗХэ) ДЬтахз (0,0015 • 330 + 0,5 • 1,25) 14,5
ДЬэ ------------------------- - ---------—----------------- - 3,5 мм.
7ьГ+ 0,05 b, ♦ 0,05 • 26,4
Показатель уширения в калибре 2: к» Ata/Ahnuxi 3,5/16,5 - 0,242.
Высота овала в калибре 1: ht = Ьэ “ Д8» " 26,4 —3,5 • 22,9 мм.
Ширина овала bi - ha + Ahnuxi 33 + 14,5 = 47,5 мм.
Соотношение размеров овала bi/ht - 47,5/22,9 - 2,07.
Полученные размеры овала удовлетворяют условиям захвата и условиям устойчивости
полосы при прокатке в ребровом калибре 2, обеспечивают нормальное выполнение разме-
ров профиля в калибре 2 и могут быть приняты без корректировки как окончательные
размеры.
При принятых размерах свала площадь сечения профиля будет равна * 0,7 h, ft,
- 0,7 22,9 47,5 761 мм’.
Уточнят коэффициент вытяжки в ребровом овале:
Ц - Г,/Г, - 761/653 - 1,17.
Если в результате расчета будя получено соотношение bjhi > 2,7, то необходимо про-
вести корректировку размеров овала для обеспечения устойчивости полосы в реброром
калибра. Для корректировки следуя задать коэффициент формы а, bt/ht 2,0 + 2,5.
Размеры овального профиля после корректировки Ь\ и hi можно определил, используя
следующие формулы:
hg
а1"“17мГ5
Ь’| Ъ fci. (198)
Определим размеры для построения калибров I, 2 и 3 согласно рассчитанным размерам
профилей, получаемых из этих калибров.
Принимаем коэффициент заполнения овального калибра 1 8 • 0,5, тогда ширина калиб-
ра должна быть равна
Вк1 - *з/« - 47,5/0,9 52,8 мм.
Высота калибре hs 22,9 мм.
247
he. 119. Построение овального (!) и ребрового овального (2) калибров по результатам
расчетной калибровки (* - ширина прокатываемого профиля)
Коэффициент фо ш калибра ex - SKt /Якз 52,8/22,9 2,5.
52,8’ + 22,9s
Радиус ручьев Я - 4-225— 36 мм.
Зазор по буртам калибре з 0,15 НК1 = 0,15 22,9 • 3,4 мм.
Ширина вреза калибре I
I Г56
Ввр, - (22,9 - 3,4) у Ц 9_дл - 1 = 43,8 мм.
Величина притупления овала;
Аналогично рассчитываются размеры овального калибра 3.
Кооффипгав заполнения ребрового овального калибре 2 принимаем разным б 0,95.
Ширина калибре 2 будет равна BKi - bj/б - 24,4/0,95 - 27,8 мм. Высота калибре Яка - ha -
" 33 мм. Кооффицинц формы калибра: ак Вкз /Яка 27,8/33 • 0,84. Радиус профиля
ручья калибре 2
Чк + 1 0,В4а + 1
Я Як, - ,.w И = 1Мш.
Зазор по буртам калибре
J- 0,15Нк» • 0,15-33 - 5мм.
На рие. 119 показано построение овального калибра 1 я ребрового овального калибре 2
в еомветстеии е расчетными размерами.
248
5. Калибровка валков для прокатки квадратной
стали
Способы прокатки квадратной стали
Согласно ГОСТ 2591-71 квадратные профили со стороной с > 100 мм
поставляются с закругленными углями радиусом R с 0,15 с. Профили
со стороной менее 100 мм могут поставляться с острыми или закруглен-
ными углами.
Для получения квадратной стали с закругленными углами приме-
няют схему калибров; черновой квадрат 5 - предчистовой ромб 2 -
чистовой квадрат 1 (рис. 120, п). Иногда при прокатке квадратной стали
Рж. 1М. Схемы прокатки квадратной аагас
а - с закругленными углами; б - е острыми углами
249
больших размеров на линейных станах дополнительно используют
подготовительный ромбический калибр 2 пёред предчистовым ромбом,
причем прокатка в обоих ромбических калибрах производится без
промежуточной кантовки. Это позволяет улучшить качество выпол-
нения углов профиля. Черновой квадрат 5 может быть получен из
ящичного или диагонального квадратного калибра. Все калибры
выполняются с закруглениями углов.
При получении квадратных профилей с острыми углами недостаточ-
но иметь один ромбический калибр, чтобы получить хорошее выпол-
нение углов профиля. Применяют систему калибров черновой квад-
рат 5 - черновой ромб 4 - предчистовой квадрат 3 - предчистовой
ромб 2 - чистовой квадрат I (рис. 120, б). Последние четыре калибра
должны быть нарезаны без закруглений в вершинах, а исходный квад-
рат 5 должен иметь минимальные закругления.
Размер стороны чистового квадратного калибра определяют с уче-
том температурного расширения металла и минусового допуска на
профиль. Чтобы получить одинаковые размеры диагоналей профиля при
степени заполнения чистового калибра 6 = 0,98 + 0,99, ширину калибра
выполняют на 1-2% больше его высоты. При этом угол у вершины
калибра получится равным 90,5—91*. Такая конструкция чистового
калибра способствует компенсации влияния на размеры профиля не-
равномерного износа калибре и неравномерности распределения тем-
пературы по сечению предчистового ромба. Чтобы получить правиль-
ный прямой угол профили в разъеме чистового калибра, вершину
предчистового ромба заостряют под углом 90*.
Расчет калибровки квадратной стали
Методику расчете калибровки валков чистовой группы клетей рассмотрим на примере
калибровки квадратной стали со стороной - 38 мм с острыми углами в валках диаметром
D = 350 мм. Температура прокатки t 1000 *С, скорость прокатки - 5,в м/с.
Размер стороны чистового квадратного калибре определяется с учетом частичного ис-
пользования минусового допуска Л —0,7 мм для компенсации износа валков, а также
с учетом коэффициента линейного расширения металла: ei (30 - 0,7/2)1,013 = 38 мм.
Коэффициент вытяжки в чистовом квадрате выбирввется небольшой, чтобы обеспечить
минимальный износ калибра, обычно Хкя» “ * Ы8. При выбора коэффициента вытях-
кв можно воспользоваться формулой (76): 1,12 4 0,0004 с4. При е, - 38 мм полу-
чим Хкц” 1,132.
Уширение в чистовом квадрате определяется по форму из (78 а)
ДОкн» - (8.И - 0,0003 Ci + 0,85 (1га1 - 1,1) - 5,5-10-’(800 - О))е, -
- (0,11 - 0,0003 • 30 4 0,25 (1,132-1,1) - 5,5 10’* (800 - 330)) 38 - 0,5 мм.
Высота предчистового ромба 2 (рис. 121)
fi9 - 1,41 ej - Лбкв! 1,41 -30 - 0,5 - 38,4 мм.
250
Ри:. 121. Схем» прокатки в чистовом квадр»тиом калибре 1
Йе. 121 Схем» прокатки в предчистовой ромбическом калибре 2
Площадь сечения предчистового ромба 2
Г, - Г**», - с? Хкз, - 30’-1,132 = 1020 мм2.
Ширина предчистового ромба 2
Ьа - 2Га/Л, - 2 • 1020/38,4 = 53,2 мм.
Обжатие в чистовом калибре 1 по вершине калибре будет равно
Ah, - ba - 1,41 е, - 53,2 - 1,41 • 38 = 10,5 мм.
Угол захвата поставит
- "““I1 - лГгУ ,».%»)" ™'
Допускаемый угол захвата будет равен (ем. табл. 2)
«лиха " 40,2 - 0,0155 t - 1,5 т, - 48,2 - 0,0155 • 1000 - 1,5 -5,8 = 15*25’.
Принятое обжатие в чистовом квадрате! удовлетворяй условиям захват».
Для ориентировочного выбора коэффициенте вытяжки в предчистовой ромбическом
калибра воспользуемся формулой (77)
*р2 = 1,20 + 0,0004с,-1,211
Площадь сечения предчистового квадрата 3 будет равна
Га = Га хра - 1020 1,212 - 1235 мм2.
Сторона предчистового квадрата
е» - /гГ" /1236 - 35,2мм.
251
Проверяем заполнение предчиетового ромба (рис. 122), рассчитывая уширение в калибре 2
по формуле (79)
.— Ah,
ДЬрз - O.sVfljAhj -----,
где На - радиус валка по вершине калибре 2-, Пл - (D - hj) 0,5 - (350 - 38,4) 0,5 - 155,8 мм;
Ahj - обжатие ш> вершине калибра 2\ ДЛа = 1,41 Cj - ft, 1,41 53,2 - 38,4 = 11,2 мм.
I-------- 1U
Получаем ДЬр5 = 0,5 V 155,8 11,2 -4,0 мм. С учетом рассчитанной величины
уширения получим ширину предчиетового ромба Ь» - 1,41 е3 + ДЬр3 1,41 -53,2 + 4 -
= 53,6 мм, что превышает ранее определенное значение ширины ромбического профиля
из 0,4 мм. Корректировкой размера предчиетового квадрата устраняем это небольшое
расхожлешк
&1 + kg h3
*' <1В>
44,, 4
П»81 ~ ТУ
, 53,2 + 0^57 - 38,4
лучВМСз' 1,41 (1 + 0,357)
- показатель уширения в предчиетовом ромбе. По-
35 мм. Пересчитываем величину уширения в калиб-
ре 2 по формуле (79)
г------------ 10,95
ДЬр3 - 0,3 V 155,8 10,95 —— - 3,9 мм.
где Дй'а 1,41 е‘3 - h, - 1,41 35 - 38,4 = 10,95 мм.
Теперь ширина ромба будет равна
bi - 1,41 С, + Abpi = 1,41 • 35 + 3,9 - 53,2 мм.
что соответствует принятому эначеяию ширины предчиетового ромба. При обжатии Айа -
10,95 мм угол захвата в предчиетовом ромбическом калибре составит:
I Aha \ I 10,98 \
- ““(> - 3=1;) J" 1Я‘'
Попускаемый угол захвата равен (при скорости прокатки »3 f 3Arbi ” 5,8/1,132 5,12 м/сУ
Вшах» = 40,2 - 0,0155 • 1000 - 1,6 • 5,12 - 16-30'.
Условия захвата в калибре 2 удовлетворяются. Уточняем площадь сечения предчиетового
квадрата 3 и коэффициент вытяжки в пред чистовом ромба 2
Рз - е'э’- 35а = 1225 мм4;
йр» - Р'з = 1225/1020 = 1,20.
Скорость прокатки в предчистовом квадратном калибре 3
»Э - ъА'ра - 5,12/1Л 4^7 м/с.
Попускаемый угол захвата
Отах? 40,2 - 0,0155 • 1000 - 1,6 • 4^7 - 1752*.
252
Максхмишю жиыпжвое обжине
Ahnuxa - (!) - 1,« Сэ) (1 - сот Ипихз) - (350 - 1,41 -35) (1 - еот17*52) - 14,5 мм.
При иом обжатии коэффициент вытяжки а квадратном калибре будя равен (75):
*таа “ 1 + (2>17+Ahnuxa-0,01ei-0,008D)/2,le3 - l + (2,17 + 14^-0,l-35-
-0,ОМ-350)/2,1 -35-1,184
Ушяраши квадратном калибре 3 по формуле (78а) равно
АЬквэ - (0,11 - 0,0003 с3 + 0,35 (Хга, - 1,1) - 5,5 1Г* (800 - Л))е3 -
(0.11 - 0,0003-35 + 035(1,184 - 1,1) - 5,5- W4 (800 - 330)) 35 - 5,6 мм.
Высота жовсго ромба 4
- 1,41 е, - АЬквз - 1,41-35 - 2,4 - 45,7 мм.
Плозцадь сечении чернового ромба 4
Г, - F i Ьквз - 1225 • 1,184 = 1450 мм3.
Ширина червового ромба 4
*4 2К«/й4 2-1450/45,7 - 63,4 мм.
Уточнят величину обжатия и угол зехвап в калибре 3
АЛ, - Ь4 - 1,41 е, - 63,4 - 1,41 -35 - 14,1 мы.
/ Ahs \ I МД \
а, - атссо* 1-------—— = аясоа 1---------------------- 17*37'.
3 \ D-l,41ej/ \ 350-1,41-35/
Скорость прокатки в черновом ромбическом калибре 4 равна
U - Ъ/А-Квэ “ 4,27/1,184 - 2,0 м/с.
Попускаемый угол захвата (табл. 2):
“пика - 43 - 0,015 t - 2,4 т4 - 43 - 0,015 1000 - 2,4 • 5,6 - 19*22'.
Максимально возможное обжатие в калибре 4
Айтаха - Ф-Й4>(1 - cwctmaxi) = (350 - 45,7)(1 - ста 19*22') - 17,214м.
При этом диагональные размеры задаваемого в калибр 4 чяриомго квадратного профиля
должны быть равны
h, - 0, - й4 4 ДАтис* - 45,7 ♦ 17,2 = 62,9 мы.
Так как ширина получаемого ромба должна быть равно Ь4 - 63,4 мм, запас из уширение
составляет только 0,5 мм, что явно недостаточно. Очвидно, что прим теиие - тлплтлп
возможного обжатия по условию захвата в калибре 4 приведет к переполнеяи» калибра.
Поэтому величину обжатия в калибре 4 необходимо уменьшить. Принимаем оривтировоч-
по Ай4 14 мм. Тсгда получим:
- 3S - й4 + ДЛ4 - 45,7 + 14 -59,7мм.
Сторона чернового квадриа 5 будет равна (е учетом закруглений углов) ся h5/l,31 -
- 59,7/1,31 - 45,6 мм.
253
Таблица 22. Результаты расчет®. калибровки валков чистовых кжей для прокипи
с-38 мм при D -350 мм, t-lOOO’C; валки чугунные
№ Название калибре Размеры полосы Коэф- Обжа- Ушире- Коэф-
К а-
пиб- высо- шири- старо- НЛО- ент ДЬ, ДЬ, епт
ра та h, мм из Ъ, мм из квад- рата с, мм шаль сече- ния Г, мм2 вытяж- киХ мм мм формы полосы blh
1 Чистовой квадрат 42,3 42,3 30 900 1,132 10,9 3.9 1
2 Предчистовой ромб 38,4 33,2 1020 1,20 10,95 3,9 139
3 Предчистовой квадрат 49,3 49,3 35 1225 1,184 14,1 3,5 1
4 Черновой ромб 45,7 63,7 — 1450 1,38 13,6 4,1 1,39
5 Черновой квадрат 59,3 59,3 45,2 2000 1
Проверяем заполнение чернового ромба, рассчитывая уширение в калибре 4 по фор-
муиз (79)
,---------------- 14
ДЬр4 - 0,31/(330 - 45.7)0,3-14 ’ 4,25мм.
С учетом найденной величины уширения получим ширину чернового ромба b\ = bj +
+ ДЬр4 - 59,7 + 4,25 = 63,95 мм, что превышает ранее принятое значение Ь4 » 65,4 мм из
0,55 мм.
Определив в калибре 4 показатель уширения к4 - 4,25/14 = 0,304, корректируем размеры
чернового квадрата 5
Ь4 * k4h4 63,4 4-0,304-45,7
6® ' 1,31 (1 + к4) ” 1,31 (1 + 0,304) " 45,2
hi » bi - 1,31с', - 1,31-45,2 = 59,3 мм.
Теперь обжатие в калибра 4 будет равно
ДЙ'4 = 59,3 - 45,7 - 13,6 мм,
а уширение по формуиз (79) составит ДЬр4 4,1 мм, что позволяет получить требуемый
размер ширины ромбе Ь4 = 59,3 + 4,1 - 63,4 мм.
Площадь сечения чернового квадрата 5 равна
Г, = 0,38 с;2 - 0,98 -45,2® - 2000 мм3.
Коэффициент вытяжки в черновом ромбе 4
Хр4 = Fj/F4 - 2000/1450 = 1,38.
Угол захвата по вершине калибре 4 равен
254
гаадрияого профавя со вороной
Сте- Римеры калибр» Коэф- Угол Угол мхвага, град
пень 111 финн* при
мпол- шири- глуби- зазор радиус шири- ент верши- фактичес- допускае-
ления изВд, извре- £,мм закрут- иавре- формы не, кий мый
капиб- мм м&вр> лвяия заВ^р, калиб- град
ра 8 мм верши- мм ре вк
яы г,
0,59 42,7 19,9 2,5 0 40,2 1,01 90*30' 15*13' 15'25'
0,9 59,1 17,7 3,0 0 54,5 1,54 114' 15*14' 16’30'
0,98 50,5 23.15 3,0 0 47,3 1,02 91' 17*37' 17*52'
0.9 70,4 21,35 5,0 0 43,8 1,54 114' 17'12' 19'22'
033 65,7 27,9 3,5 5,0 60,2 1,0 90'
Результаты выполненных расчетов калибровки, а также расчетов соответствующих раз-
меров калибров приведены в пбл. 22.
При расчетах ромбических калибров следует обращать внимание из соотношение b/h -
коэффициент формы полосы. При b/h > 1,75 полоса становится неустойчивой в квадрат-
ном калибре и необходимо выполнить проверку условия устойчивости по формуле (63)
с последующей корректировкой режима обжатий.
6. Калибровка валков для прокатки круглой стали
Способы прокатки круглой стали
Для прокатки круглой стали использует несколько схем калиб-
ровки, которые применяются в зависимости от размеров профиля,
качества стали, типа стана и его сортамента и других условий прокат-
ки. Во всех случаях предчистовым калибром является либо обычный
однорадиусный овал, либо плоский овал (рис. 123). Более широко при-
меняются предчистовые одиорзднусные овальные калибры с отноше-
нием осей г 1,5 + 2,5, причем для хорошей устойчивости в круглом
калибра овальный профиль должен иметь значительное притупление,
что также способствует более равномерному распределению износа
по периметру круглого калибра.
Предчистовые плоские овальные калибры применяют при прокатке
круглой стали больших размеров и трубной заготовки. Плоские овалы
хорошо удерживаются проводковой арматурой, устойчивы в круглом
калибре, но требуют точной настройки стана для получения хорошо
255
Рж. 123. Схемы прокадки круглой степи;
1 - чистовой круг; 2а - предчиетовой одаорадкуеный овад 26, в - предчиегсвой плоский
ялв эллигигсажий овад 3 - подготовительные калибры (с - ящичный квадрат; 5 — дааго-
кельный квадрат; а-ребровый свлщ г-крут)
выполненного круглого профиля. Иногда при прокатке кругов диа-
метром более 6(Ь80мм применят эллиптические двух- или трехра-
диусные овальные калибры, которые дают хорошее выполнение круг-
лого профиля, более равномерную деформацию и износ в чистовом
калибра, но плохо удерживаются проводковой арматурой.
Подготовительные калибры 3 являются составляющими различных
систем вытяжных калибров и могут быть ящичными (о), квадратными
(б), ребровыми (в), круглыми (г). Ящичные калибры используют при
прокатка кругов большого диаметра в сочетании с плоским или одно-
радиусным предчистовым овалом. Такая схема прокатки позволяет
использовать одни и те же калибры (кроме чистового) для получения
кругов нескольких размеров за счет изменения зазора между валками.
Ящичные калибры выполняют с большим выпуском, стенки калибра
выполняют закругленными для, обеспечения условий более равномер-
ной деформации.
Диагональный квадратный калибр 35 может быть частью систем
вытяжных калибров овал-квадрат или ромб-квадрат. Эти калибры
применяют при получения кругов малого и среднего диаметров при
необходимости большой общей вытяжки. Однако эта схема не поз-
воляет широко регулировать размеры квадрата из-за увеличения раз-
ности его диагоналей. Кроме того, в предчистовом овальном калибре
имеет место значительная неравномерность деформации и неравномер-
ный износ.
Для получения широкого сортамента круглой стали применяют
256
так называемую ’’универсальную” схему калибровки с использованием
в качестве подготовительного и предчистового двух овальных калиб-
ров. Подготовительный овальный калибр, называемый ребровым, вы-
полняется с небольшой глубиной вреза и позволяет за счет большего за-
зора между валками в широких пределах изменять площадь сечения
профиля. В такой калибр залают квадратную заготовку или полосу
в ребровом положении. "Универсальная” схема калибровки характе-
ризуется высокой степенью равномерности деформации в предчисто-
вом калибре. Недостатком ее является возможность образования мор-
щин и трещин на свободной боковой поверхности в подготовительном
ребровом овальном калибре при прокатке малопластичных сталей.
На современных непрерывных станах широко используется система
калибров овал - ребровый овал. Подготовительный ребровый оваль-
ный калибр Зе позволяет получить равномерную деформацию в пред-
чистовом калибре, хорошее качество поверхности и отсутствие дефек-
тов даже при прокатке малопластичных сталей. Эта схема не обладает
широкой универсальностью, но в условиях миогоклетевого непрерыв-
ного стана это не является существенным недостатком. Если вместо
ребровых овальных калибров использовать круглые калибры (Зг),
то имеется возможность получения готовых круглых профилей раз-
личного диаметра из промежуточных калибров.
При всех способах прокатки чистовой круглый калибр выполняют
с ’’развалом" - выпуском для предотвращения переполнения калибра
и получения правильного круглого профиля. Выпуск может быть пря-
мым или очерченным дугой большого радиуса (см. рис. 40). Иногда при
малых диаметрах кругов снятия фасок и выполнения закруглений бур-
тов по разъему калибре достаточно для предотвращения переполне-
ния калибре.
Расчет калибровки круглой стали
Мтпяку расчете калибровки валют чистовой группы клетей рассмотрим ва примере
калибровки круглой стали диаметром d = 16 мм из мелкосортном непрерывном стане
(рис. 124). Чистовая клеть — е горизонтальными валками D, = 290 мм, предчистовая - е вер-
тикальными валками D3 = 320 мы. Подготовительный калибр - ребровый овал выполнен
в клети с горизонтальным» валками диаметром Л3 = 320 мм, валки чугунные, скорость
прокатки в чистовой клети 15 м/с, температура прокатки 1000 *С.
Сотлгсио ГОСТ 2590—71 предельные отклонения по диаметру при обычной точности
прокатки на круглую сталь 16 мм составляют Ад = +03 мм, Ад " —0,5 мм. Для компеяса-
цив износа калибра в экономии металла расчетный раамер профиля в холодном состоянии
определяем с частичным ииюльаованваа минусового допуска dx d - Ад 16 - ОДО *
= 15,75 мы. Размер чистового профиля в горячим состоянии rfi = 1.015 dr = 1,015 15,75 =
"16 ММ.
Для определения коэффицяита вытяжки в чистовом калибре воспользуемся форму-
лой (83)
*крх = 1,12 + 0,0004 d, = 1,12 + 0,0004- 16 - 1,126.
257
17-1J3
Ре. 124. Сим» обозначений размеров профиля при проката круглой стали:
1 - в чистовом круглом калибре; 2 - в предчветовам овальном калибра: 3 - в подгото-
вительном ребровом овальном калибре
Уширение в чистовом круге определяем по формуле (83)
ДЬкр, - (0,11 - 0,0003d» ♦ 0Д5 (XRpi - У - 4 • Ю'8(800 - Z>))d, -
- (0,11 - 0,0003 • 10 ♦ 0,25 (1,120 -1) - 4 10'’ (800 - 290)) 16 - 2,1 мм.
Площадь чистового круга
Г» - п d?/4 - 3,14 • 16я/4 - 201 мм’.
Площадь продчкстового овала Ft = Г, Хцр» “ Ml 1,126 и 226мм3.
Толщинапредчистового овала h» = d» - ДЬКр, 16 - 2,1 13,9 мм.
Ширина предчистового овала Ъ3 - f»/0,7ha 226/0,7- 13,9 23,3 мм.
Обжатие в чистовом калибре Ah, - 0» - d, - 23,3 - 16 - 7,3 мм.
Угол захвата в чистовом калибре
- г^) "““(1 - йЗг)
Попускаемый угол захвата определим по формула (61) с учетом значений коэффициентов
для схемы прокатки овал-круг, приваленных в табл. 3:
_________________________100________________________
“max’1# 27,4 + 2,2-10-я»?-3,988о-О,44Ц + 2,15М-19,8-10-*» '
При прокатке низко- и среднвуглеродистых сталей на чугунных валках М 1,0, ц - 1,0.
Степень заполнения предчистового овального калибре примем 8, 0,5. Максимально до-
пускаемое значение угла захвата в чистовом калибре составляет:
______________________________________180____________________________
“лих» " 1>25 27,4 + 3,5 • 10’’ 15’ -3,98 0,9 - 0.44+ 2,15 -19,8 10’’ • 1000 ' ” ’
Поскольку о, < ®maxi> условия захвата в чистовом калибре обеспечиваются.
258
Отношение осей овального профиля, задаваемого в чистовой калибр, составляет в2 -
Ьа/^а - 23,3/15,9 " 1,676. При степени заполнения предчистового овального калибре 80 =
“ 0,9, найдем ширину калибра 2: Вка = Ьд/0,9 = 23,3/0,9 » 25,9 мм. Коэффициент формы
калибре будет равен «ка = BK2/WM = 25.9/13,9 - 1,86. Радиус очертания ручья калибра
R -
вк + як 25,9а + 13,9а
Гад- = 1М“-
По формуле (63) определяем максимально допустимое отношение осей овальной полосы
по условию устойчивости ее в круглом калибре:
I 0,610 R Ъа \
«допа - 1.19(1,0 - —jy - 5-10-sn + 0,812 — + 0,449 —) =
I 0,618 15,5 25,9 \
= U9(1,B - - S-IO-^IS + 0,012 — ♦ 0,449 —) - 3,09.
Так как а2 < Сдала, условия устойчивости профиля выполняются.
Коэффициент вытяжки в прелчистовом овальном калибра определим по формуле (87);
ховт " 1.21 + 0,0604 dg - 1,21 + 0,0604 16 - 1,216.
Площадь сечения подготовительного ребрового овала, получаемого из калибре 3, будя
равна
*з - га ховз - 226 • 1,216 = 275 мм1.
В ребровом овале принимаем соотношение ha/b, • 1,25. Мирина ребрового овала; Ь, =
Л,06 fs = 71,06.275“ 17,1 мм. Высота ребрового овала Аа»1,25 Ь3 - 1,25 17,1 21,3 мм.
Обжатие в прелчистовом овала по вершине калибре будет равно
AJij - b, - h3 - 17,1 - 13,9 “ 3,2 мм.
Угол захвата в прелчистовом овале
Б7Т.) “Ч1 ’ ййй)"
Среднее обжатие в калибре 2:
Д^сра Ьсрз - Лсрэ «.КЬ, - 0,7 h, “ 0,73 • 17,1 - 0,7-13,9 - 3,1мм.
Уширение в овальном калибра 2 определяем по формуле (S3):
- Д ср а
АЬовз ‘ 0/75 У (Ра - hepa) 0>5 А^сра . =
псрз
- 0,475 VBM - 0,7 13,9) О,S • 5,1 0.5 ми.
Корректируем высоту ребрового овала в калибра 3 по формуле:
&J + fcg hj
77». л,s- '»
гдвкд - показатель уширения в калибре 2 (к3 = 3,3/3,2 «1,631).
259
17»
Таблипи 23,
лк проката i
16 мм
В» ка- ре Название калибре Римеры профиля Коэфф и- Обжатие ЛЬ, мм Ушире- ние АЬ, мм fill?
высота Л, мм ширина Ь, мм
сечения Г.мм3 X
1 Чистовой крут 16,8 16,0 201 1,126 7,5 2,1 1,8
2 предчшто- эой овал 13,9 233 226 1,128 2,4 2,7 1,676
3 Подготови- тельный реб- ровый овал 20,6 153 255 0.8
233 + 1,031 153
now™. »;---------Н1Ю1Л1В «мм.
Ширина ребрового свала тесле корректировки
Г, = hi/1,25 = 20,6/1,20 - 16,8 мм.
Проверка уширения в овалыды калибре 2 по формуле (86) дает величину АЬЬвз
= 2,7 мм, что позволяет получить «данный размер ширины овала в калибре 2: &,
- h'3 + АЬсв, - 20,6 + 2,7 - 233 мм.
Уют—
подготовительного ребрового овала:
Г, е 0,75 h‘a b\ - 0,75 20,6 • 153 = 255 мм3.
Величии* мкффицяшта вытяжки в предчиетовом овальном калибре 2 будя равна
VM ’ *э/Га " ^5№6 - 1,128.
Режупияы выполненных расчетов размеров полосы в калибров трет чистовых клетей
пирерывжго стана из прокатку круглого профиля 16 мм приведены в табл. 23.
7. Калибровка угловой стеля
Способы прокатки угловой стали
Угловую сталь прокатывают на линейных станах, ставах с последо-
вательным расположением клетей, полунепрерывных и непрерывных.
Известно несколько способов прокатки угловой стали (рис. 125):
с прямыми полками (а); с развернутыми полками в закрытых калиб-
рах (б); в открытых калибрах (в); в открытых калибрах на непрерыв-
ных станах (г). Широкое применение получил способ прокатки уголка
с развернутыми полками в закрытых калибрах. Изгиб полок позволил
260
Сн- Размеры калибра Коэффи- Угол захвата Ско-
lilhl ЕЯ| глуби- на зре- мйВр. мм зазор 3, мм радауе овала Й, мм наврэ- »3вр. мм формы калибра •к “ фактичес- кий допуе- прокат- каемыйкв т, м/с
0,95 16,8 7,2 1,6 - 16,8 1,05 13*15' 19" 13,8
0,90 12,9 6,« 1,9 15,5 24,5 1,86 7*28' 21* 13,8
0,95 17,4 9,85 W 10,4 17,4 1,19 - - 11,8
значительно уменьшить глубину вреза калибров в валки по сравне-
нию со способом (б), применить более интенсивные обжатия и умень-
шить число проходов. Прокатка в открытых калибрах со свободным
уширением дает возможность использовать одни и те же калибры для
получения уголков разных размеров по ширине и толщине полок,
сокращается парк валков, упрощается их переточка. Необходимая точ-
Уяс. 125. Способы прокатки угловой стали:
а - в открыло калибрах с прямыми попками; б — в закрытых калибрах с развврнукли
полками; в-в открытых калибрах; г — в открытых калибрах ни натрерыввих аанах
261
кость размеров профиля достигается обжатием полок в ребровом ка-
либре и предчистовом закрытом калибре. На непрерывных станах
этот способ реализуется с использованием для контроля ширины по-
лок ребрового обжатия в вертикальных валках.
Основные положения калибровки угловой стали
Выбор числа проходов и коэффициентов уменьшения толщины по-
лок по проходам. Исходная заготовка прямоугольного или квадрат-
ного сечения прокатывается в угловой профиль за 5-8 проходов.
Большее число проходов соответствует уголкам крупных размеров.
Выбор коэффициентов уменьшения толщины зависит от конкретных
условий прокатного стана (диаметра валков, мощности двигателей,
наличия заготовки определенных размеров, условий нагрева и т.п.).
Для формирования профиля общий коэффициент уменьшения тол-
щины полок в фасонных калибрах достаточно иметь в пределах т] Общ =
= 6-10. Можно руководствоваться следующими значениями коэффи-
циентов по ходу прокатки:
для пяти проходов Побщ- 1,6 • 1,6 1,6 • 1,45 1,25 =7,41;
для шести проходов Побщ= 1,6 • 1,6 1,6 1,6 1,45 -1,25 = 11,9.
В соответствии с принятой высотой заготовки эти коэффициенты
можно скорректировать.
Определение углов сгиба между полками
Угол у вершины в предчистовом и чистовом калибрах принимают
Фп = Фп-1 ~ (я ~ число фасонных калибров). По данным заводских
калибровок в первом фасонном калибре ф! = 130’. В промежуточных
калибрах угол Ф уменьшается от 130* до 90* пропорционально величине
обжатия полок в каждом калибре.
Расчет уширения полок
Для расчета уширения полок можно использовать формулу А.П. Чек-
марева с учетом ограничения уширения в закрытых калибрах и осо-
бенностей деформации, связанных с наклонным расположением полок:
д,-----------, (Я1)
где Ьср - общая длина двух полок уголка по средней линии; Н, h -
толщина полки до и после прохода; Ah - обжатие по толщине полки;
fcorp = “ коэффициент ограничения уширения в закрытых ка-
262
Рж. 126. Эл&генты развернутых калибров для прокатки угловой стали:
в - равнобокой; В - ввравнобокой
либрах; - коэффициент, учитывающий увеличение уширения за
счет наклонного положения полок.
Когда угол ф при вершине калибра близок к 180* (прокатка полосы
на гладкой бочке), коэффициент kv = 1. В промежуточных калибрах
коэффициент кф увеличивается по мере уменьшения угла ф от 180
до 90’. М.С. Мутьев рекомендует принимать линейную зависимость
между коэффициентом кф и углом ф: кФ = 3 - ф/90.
Построение калибров с развернутыми полками
Калибр с развернутыми полками (рис. 126) характеризуется следую-
щими элементами: глубина вреза калибра в валки И; ширине калиб-
ра (горизонтальная проекция) В = 2Х (В Хи + Хб - для неравнобокого
263
уголка); радиус очертания (изгиба, разворота) полок R; длина прямого
участка полки й‘; радиус закругления у вершины г и у края полок г'.
Многие из указанных параметров связаны между собой геометричес-
кими соотношениями. Приведем некоторые формулы, необходимые
для расчетов уголковых калибров:
а - 90* - 0,5 ф;
r = (й - ь')/«;
X = й’ cos a + Rsina = 0,5 В;
И = b' sin а + R (1 - cos а);
(202)
(203)
(204)
(205)
- ttfs
(206)
Для обеспечения условий надежного захвата ширина калибра должна
быть несколько больше ширины задаваемой полосы. Каждый преды-
дущий калибр (считая по ходу прокатки) должен быть несколько уже
последующего: В,-! В,- - (1 +2) мм.
Ширина калибра зависит от ширины полок, угла сгиба полок ф и
величины прямого Ь' и изогнутого b-b' участков. Чтобы ширине ка-
либров увеличивалась по ходу прокатки, необходимо при конструи-
ровании предчистового калибра принимать небольшую величину пря-
мого участка й' (в пределах й' = 0,2 + 0,4 й), соответственно будет уве-
личиваться изогнутый участок и вся ширина предчистового калибре.
Кроме того, в первом калибра необходимо увеличивать длину прямо-
го участка (й* > 0,5 +0,6 й), что способствует уменьшению ширины
первого калибра.
Радиус закругления у вершины г должен обеспечить хорошее запол-
нение угла, для чего коэффициент уменьшения толщины в вершине
чистового калибра принимают несколько больше, чем в полке. В чис-
товом калибра радиус г определяется требованиями ГОСТ к размерам
готового профиля. В каждом предыдущем калибра радиус закругления
увеличивают в соответствии с соотношением Г/ - nf rf+l.
Радиусы закруглений у края полки можно принимать в пределах
0,35-0,5 й. На валках уголковые калибры нарезают вершиной вверх.
Для обеспечения прямолинейности выхода полосы из валков нейтраль-
ную линию калибра совмещают со средней линией валков, а при про-
катке неравнобоких уголков должно соблюдаться равенство верти-
кальных проекций полок.
264
Примерный расчет калибровки равнобокого уголка К910
Профиль № 10 угловой равнобокой стали по ГОСТ 8509-72 имеет ширину полок b -
1М им, толщину полок d - 6,6 * 16 мм, радиус закругления у вершины Я = 12 мм, ра-
диус закрут пения у края полок г=4 мм.
Расчет проводим для уголка е толщиной полки tf - 10 мм. Римеры готового профиля
в горячем состоянии с учетом неполного минусового допуска: ширина полки Ь].
= (180 -13) 1,015 100 мм;"гопщива полки hr - (10 -13) 1,013 = 9,6 мм; общая длина по-
лок по средней линии 2 Ьг.ср ” 2 000 - 0,5 9,6) -190,4 мм.
Принимаем пять фасонных калибров. Коэффициенты умеяьпинвя толщины полок по
проходам: Л а П» Л« Ла Ла = 1.6 • 1,6 • 1,6 1,45 1Д5 - 7,41.
Высота заготовки; h, = hr Лобщ " 9,6 7,41 - 71 мм.
Толщина полок по проходам: h,., = 44; 273; 17,0; 12,0; 9,6 мм.
Обжатие по проходам: Ah4. , = 26; 16,5; 10,5; 5,0; 2,4 мы.
Проверим условия захвата при максимальном обнял®. Для упрощения расчета эели-
чииу кататщЕго пиаметра во веэх калиЗрех принямаш равной Лк = 450 мм. В первом
калибре угол захвата будет равен
,.«(1- - «<0,(1 - -JJ-) - ins' - МО.
Аналогично определяем угалы захвата в остальных калибрах:
cra.s - 0,272; 0,216; 0,15; 0,10,
Допустимый угол захвата определяется на графику рис. 61. Угол егнба в первом калибре
принимаем Ф, -130°, в предчиетовом и чистовом калибрах ф4 = ф£ = 90'. Таким образам,
за трв прохода(во 2-, 3- и 4-м калибрах) суммарное умташвпе угла сгиба составит:
2Аф = Афа + A<ps + Аф4 * 138 - 90 = 40*.
Суммзрвое обжатие в этих ытйрах составляет:
TAh Ah, + Ah, + Ah4 15,5 + 15,5 + 5 - 32мм.
Угол сгиба в калибре 2 равен
ЕАф 40
Фа ’ Фа - Аф, - Ahj - 130 - — 103 > 109*.
Угол сгиба в калибре 3:
ЕДФ 40
Фа - Фа - АФ, = Фа - TaJ Ah,= 109 - — 153 - 96*.
Определим величину уширения, начиная с чистового калибра. По Формуле (201) при
^огр’1 в кф-21КкЛУ,пм
____________2 190,4 • 2,4’2_____
(ч*м)[ни*м)(-ЙГЙ-)’]
В предчистовом (четвертом) калибре ширина полосы по средней линии должна быть равен
2 &4 2 i>j — Ah, 138,4 - 1,1 " 1893 мм. Предчвстовой калибр — закрытый. Принимаем
265
fc_. - 0,75, ka - 2,0. При згой расчетная величина уширения составит ДЬ< - 2,6 мм. Шири-
на Полосы в калибре3: 2Ь, - 2Ь< — АЬ« = 189,3 - 2,6 186,7 мм.
В третьем калибре /сетр = 0,75, к~ - 3 - 96/90 = 1,93, Abs - 7,1 мм.
Ширина полосы в калибре^: 2Ь3- 2ЬЭ - ЛЬ3 = 186,1 - 7,1 - 179,6 мм.
Во втором калибре к де- - 0,7; к- = 3 - 109/90 - 1,79; ДЬ, = 8,7 мм.
Ширина полосы в калибре!: 28j =28а - ДЬа 179,6 - 8,7- 170,9 мм.
В первом калибре kWp = 0,7; к? - 3 -130/90 = 1,56; ДЬ, »11,1 мм.
Результаты расчета приведены в табл. 24.
Определим размеры калибров. Чистовой калибр имеет прямые полки. Радиусы закругле-
ния у вершины и у края полок равны заданным г5 - 12 мм и г'3 ” 4 мм. Ширина калибре
по средней линии полок:
Ва = 283cosrs 190,4см 45’ 134,6 мм.
Глубина вреэа:Н5 ° bsrinas = 95,2яп45‘ = 67,3 мм.
В четвертом, предчистовом калибре угол наклона полок равен и4 = 45’ (0,785 рад).
Примем в четвертом калибре прямую часть полки равной Ь'« • 0,25Ь« = 0,25 94,6 23,6 мм.
При этом ширина четвертого калибре будет равна
Я. - 1Х3 - 2 • 23,6еоз45* + 2(94,6 - 23,6)йп45’/0,785 -161,3 мм.
Ширина калибров должна уменьшаться против хода прокатки. Беля принять приращение
ширины в калибрах 2, 3 и 4 по 1 мм, то ширина первого калибре должна быть равна В'3 «
158 мм. При Ф1 - 130’, а, - 25’ (0,436 рад) прямая часть полки в первом калибре по фор-
муле (206) будет равна
0.423
»,<и
м»
= 60 мм.
Эго соответствует ~ 0,76а, что вполне приемлемо. Таким образом, ширину четвертого
калибра оставляем без изменений: В4 = 161,3 мм.
Таблица 24. Калибровка угловой стам 1ИХ 116 X 100 мм
Номер калибра Коэффи- циент об- жетият] Толщина полок h, мм Обжатие полок Ah, мм Общая ши- рина полок 28, мм Общее уши- рение полок АЗ, мм Угол сгиба ПОЛОК ф, град
0 1 Заготовка 70 1.6 44 86,0 170,9 11.1 130
2 1,6 27,5 16,5 179,6 8.7 109
3 1,6 17,0 10,5 186,7 7,1 96
4 1,45 12,0 5,0 109,3 2,6 90
5 1,25 9,6 2,4 190,4 1.1 90
266
he. 127. Оконные калибры для про-
катки угловой стали № 10
В следующем, пятом калибре попки
выпрямляются, и размеры профиля по
ширине значительно уменьшаются, Размеры
пятого калибре должны обеспечить свобод-
ный вход в валки полосы шириной
ВА 161,3 мм. Поэтому принимаем ширину
врем калибре в верхний валок
B's = 170 мм (~ l,7ks).
Определим радиусы изгиба полок в
четвертом калибре по средней линии:
по верхней грани: Я* - Я< - 0,5Л< - 90,3 -
- 0,5 • 12 = 84,3 мм;
по нижней -рани: Я« Я« + 0,5Л« = 90,3 +
г 0,5 • 12 = 90,3 мм.
Высота врем по средней линии: Н<
= 23,6 йп45* + 90,3(1 - cos 45*) - 43Д мм.
Радиус закругления у вершим г4 -
-ПЛ-1.45.12-1?мм.
Радиус закругления у нижнего края
полки: г4 л 0,5Л« = 6 мм.
В третьем калибре угол наклона полок
равен
аа = 90*—0,5 <ра - 90- 0,5-96 = 42* (0,733 рад).
Ширина калибре: В, В4 - 1 = 161,3 — I -
-160,3 мм.
Ширину прямого участка полки определяем
по формуле (206):
0,5-160,3
-29,5 мм.
Радиусы изгиба полок в третьем калибре:
по средней линии......................
по верхней грани......................
по нижней грани.......................
93,3-29,5
К’ 0,733
= 87,0 мм;
Я’»- 87 -0,5 -17 =78,5 мм;
Яз = 87 + 0,5-17 - 95,5 мм.
267
Высота врем по средней линии: Я3 = 29,5 tin42" + 89,3 (1 - ав42*) = 43,7 мм.
Радиус закрут ленки у вершины: г, - Пэ г4 = 1,6 > 17 - 27 мм.
Радиус закругления у верхнего края полос г‘э - 0,25 h* - 6 мм.
Аналогично рассчитываются размеры второго и первого калибров. Уклон боковых
граней во всех калибрах принят 10 %. Калибры для прокатки угловой стали F 10 приведе-
ны на рис. 127. Расчетная ширина заготовки в соответствии с шириной Калибре 1 и величи-
ной ушхреижя в этом калибре составляя Ьв = 158 — 11,1 146,9 мм. Окончательно выби-
раем ширину заготовки Ьд - 150 мм при дополнительном сграпичепин простора на уши-
рение.
Расчет калибровки неравнобокого уголка 125 х 80 х 10 мм
Методика расчета калибровки веравиобсксго углового профиля в основном аналогич-
на методике расчета калибровки равнобоасосо уголка. Рассчитанное общее уширение
ЛЬ в каждом калибре распределяется между большой и малой попками пропорционально
их ширине:
Ьб .. Ьы
ЛЬ» - ЛЬ -г—г*; ДЬМ = ДЬ . . ь •
6 Ьб + Ьм Ьб + Ьм
Результаты расчета приведены в табл. 25.
Расчет nut, 1 роения калибров начинаем с чветовсго, пятого калибра. Калибр на валке
располагается так, чтобы соблюдалось равтвстэо вертикальных проекций полок: Ьц sin Оц -
sin Яд, где и °б — углы наклона малой и большой полок к горизонтали. Тек как
ag’90- а*, то Ь6(Ъи =4^, откуда находим:
Ьб НОД „
^.«cte-^-arctg— =5Г;
eg - 90 - 58 = ЗГ.
Ширина чистового калибре
В, « ЬиСозвы + bgcosag - 75,2 ся58" + 126,2 созЗГ - 141,8мм.
Радиусы закруглений у вершины rs » 11 мм и у края попки г з ’3,7 мм соответствуют
требованиям ГОСТа к размерам готового профиля.
Предчистовой, 4-й калибр располагается так, чтобы получить Яма" аб« = (0,785 рад).
Примем длину прямой части попки Ьм« “ ®>2 ьма: Ьу* = 04 74,7 14,9 мм.
Горизонтальная проекция малой попки по формуле (204) равна
ХМ4 - b^MalS* + (Ьм«“ Ь^а) sin «’/O.TSS - 14,9 • 0,707 + (74,7 -14,9) 0,707/0,785 = 64,7 мм.
Принимаем следующие значения Хм по калибрам:
ХМ4 - (4,7 мм; XMJ = (4,1 мм; ХМ1 - 63,7 мм; ХЫ1 = 633 мм.
Дальнейший расчет показывает, что это обесточивает увеличение общей ширины калибре
ил 1-14 мм в каждом последующем по ходу прокатки калибре.
Горизонтальная проекция большой попки Хв превышает на величину горизонталь-
ного участка большой попки Og — В 4-м калзЛре получим *б« “ ^ма + Ьб« — &м< “
(4,7 ♦ 110,5 - 74,7 -109,5 мм.
Полная ширина калибре
В. - ХМ4 + Xg4 - 64,7 + 1094 174,2 мм.
268
5
s
269
Рас. 128. Фасонные калибры для прокатки
неравнобокого уголка 12SX80X10 ш
Радиус изгиба полок:
по средней Ливии Rt - (by4 - Ьм*)/0,785
(74,7 - 14,9)/0,785 « 76 мм;
по верхней грани полок Я1 - Я4 - 0,5 h4
76 —0,5'12- 70 мм;
по низшей грани полок R4 = Я4 + 0,5 h4
- 76+ 0,15 - 12-82 мм.
Высота вреза по средней линии:
Я4 !^4 sin45' + Я4 (1 - COMS’) -14.9 • 8,707+
+ 76 -0,293 -32,8 мм.
Радиус закругления у вершины:
Га " П+^а 1,45 11 Каш.
Радиус закругления нижнего края
полки:
г; - 0,5h, - 0,5 - 0,5-12 6мм.
В 3-м калибре при угле сгиба Ф3 - 96’
угол наклона полок к горизонтали соста-
вит ла 90 — 0,5 • 96 - 42’. При принятой
величина горизонтальной проекции ма-
лой попки ХМз - 64,1 мм определим дли-
ну прямой части полки Ь^з по форму-
ле (206):
0,669
Тда- "
8мз -10,5 мм.
0,669
Рал Радиусы изгиба полки:
23,7 -18,3
по средней линии R3 - —— в 75,5 мм;
по верхней грани полки Я i - Лэ - 0,5 h3 - 75,5 - 0,5 - 17 - 67 мм;
по низшей грани полки Я J - Я5 + 0,5 h3 75,5 +’ 0,5 * 17 - 34 мм.
Горизонтальный отрезок большой полки: bg, - Ьц s -118,0 — 73,7 - 44,3 мм.
Горизонтальная проекция большой полки: Xg 5 " + НЗ = Iм** »<“
Ширина калибры В3 - ХМз ♦ ^6з 64,1 +108,4 -172,5 мм.
Высота вреза по средней линии: Н3 - Ьмз5‘п вз + (1 - и»д5) - 183 • 0,669 ♦ 75,5(1 -
-0,743)-31,6 мм.
Радиус закрут давня у вершины: г3 - ns г4 1.6 • 16 - 25,6 мм.
270
Радиус закругления у верхнего края полки: г '3 0,35 hs 0,25 • 17 6 мм.
Аналогично определяем размеры 2то и 1-го калибров. Уклон боковых граней во всех
калибрах принимаем 10*. На рис. 128 приведены калибры для прокатки неравиобокой
угловой стали 125 X 80 х 10 мм, соответствующие расчетным данным.
Ширина заготовки равна 60 Bt - ЛЬ, 167,7 - 9 " 158,7 мм, окончательно можно при-
нять ширину заготовки Ьп -160 мм.
8. Калибровка полосовой стали
Полосовую сталь прокатывают на линейных станах, станах с после-
довательным расположением клетей, полунепрерывных и непрерыв-
ных мелкосортных, полосовых и штрипсовых станах. При прокатке
сутунки и полос шириной свыше 80 мм на линейных станах применяют
способ прокатки в закрытых прямоугольных калибрах с ограничен-
ным уширением (рис. 129, о). Такие калибры часто выполняют сопря-
женными на валках клетей трио. Исходная заготовка квадратного
или прямоугольного сечения последовательно обжимается по высоте
обычно за 5-8 проходов при коэффициентах уменьшения высоты в
черновых проходах д 1,3 * 1,5. Недостатком этого способа является
необходимость иметь большой парк валков, часто выполнять перевал-
ки, так как в закрытых калибрах можно прокатывать полосу только
одного определенного размера.
Полосы шириной менее 80 мм прокатывают на гладких или ступен-
чатых валках (рис. 129, б). Толщина и ширина прокатываемых полос
может изменяться в значительных пределах. Для получения точных
размеров по ширине и ровной обжатой кромки предчистовой проход
выполняют в ребровом калибре с кантовкой полосы на 90’. На непре-
рывных станах при достаточном количестве клетей используют нес-
колько ребровых калибров, причем при наличии клетей с вертикаль-
ными валками исключается необходимость кантовки полосы. Конструк-
ция ребрового калибра, врезанного в вертикальных валках, показана
на рис. 130. Ширина дна калибре b соответствует толщине b задаваемой
полосы. За счет изменения зазора между валками калибр можно ис-
пользовать при прокатке полос различной ширины. Глубина вреза
271
Уж. 1Л. Ребровый калибр для прокатки
полосовой стали
ручья в валок определяется исходя из возможности прокатки наиболее
узкой полосы. При прокатке наиболее широкой полосы зазор s не дол-
жен быть больше Як/3. Дно калибра выполняется с выпуклостью т =
= 03 + 0,5 мм, что обеспечивает получение ровной кромки с прямыми
углами после обжатия полосы в чистовом калибре. Обжатие в ребровом
калибре во избежание изгиба полосы принимают равным не более
(0,5-1,0) h, причем большая величина обжатия соответствует прокатке
узких полос.
Прокатка полосовой стали малой ширины на непрерывных станах
имеет некоторые особенности. Обычно калибровка черповой группы
клетей является общей для всего сортамента стана. Для формиро-
вания полосового профиля используют горизонтальные и вертикаль-
ные клети чистовой группы. С целью уменьшения износа валков в
чистовой группе предусматривают небольшие коэффициенты высот-
ной деформации - 1,15-1,4. Выпускающей клетью является клеть
с горизонтальными валками. Для ребровых проходов используют
Таблица 26. Кашброжа маков чиповой rpymi клетей меякосоргвого епяа 250
для прокаткн пояхы Я X19 мм
Номер клепс Вил калибра Размеры полосы Обжине ДА, мм Ушире- ние АО, мм Кдаффи- Ххиффи- циепт де- цвет вы-
ТОДщнЛа ширила 6, мм фарма- ции Д тяжкв X
7 11* 68* —
8в Ребровый 20 50,5 173 3 135 1,14
9г Гладкая бочка 14 Я5 6 4 1,43 132
10в — — — — — —
Иг Гладкая бочка И 563 3 2 137 133
Ив Ребровый 12 49 V 1 1,15 1,М
13г Гладкая бочка 10 50 2 1 130 1,18
* Подии.
272
Рж, 131. Калибровке валков чистовых
клетей непрерывного стан* 250 для про-
кали полосовой стали
только часть (обычно две) вер-
тикальных клетей. В табл. 26
приведена калибровка валков
чистовой группы клетей мелко-
сортного стана 250 для прокатки
полосы 50 x10 мм. Исходная за-
готовка - полоса й0Х{>0 = 17 X
Х68 мм, получаемая из черновой
группы клетей. На рис. 131 при-
ведена калибровка валков чис-
товой группы клетей стана 250,
используемая для получения по-
лос 50-56X6-10 мм.
9, Дефекты сортовой стали
6В
Ы~56
Виды дефектов прокатной продукции, описанные в предыдущих
разделах, связанные с неправильной формой, неточностью размеров
профиля, наружными и внутренними нарушениями целостности и
повреждениями поверхности, характерны и для производства сорто-
вой стали на крупно-, средне- и мелкосортных станах. Отметим харак-
терные виды дефектов для некоторых профилей сортовой стали.
Круглые профили: плоские бока - возникают при незаполнении чис-
тового калибра из-за недостаточного сечения предчистового овала
или из-за уменьшения уширения при повышении уширения при повы-
шении температуры прокатки;
на одной стороне круга имеется лампас, другая сторона - плоская.
Этот дефект возникает при неправильной установке проводковой ар-
матуры (пропусков);
273
18-123
уступы на боках круга - образуются при осевом смещении валков;
профиль имеет притупления вверху и внизу - дефект образуется
из-за большого притупления предчиетового овала;
заусенцы (лампасы) с обеих сторон профиля - дефект чаще всего
появляется на концах раската при переполнении калибра металлом.
Необходимо уменьшить сечение предчиетового овала, уменьшить ве-
личину межклетевых натяжений полосы, вести прокатку равномерно
нагретых заготовок;
овальность профиля - разность вертикального и горизонтального
диаметров. Дефект устраняется регулировкой положения валков в
чистовой и предчистовой клетях.
Квадратные профили: невыполнение углов - дефект возникает из-за
недостатка металла в углах предчиетового ромба и устраняется путем
увеличения сечения предчиетового квадрата;
неравные стороны квадрата - дефект возникает при осевом сме-
шении валков;
заусенцы (лампасы) - появляются при переполнении калибра метал-
лом из-за большого сечения предчиетового ромба или увеличения
уширения при понижении температуры металла. На непрерывных ста-
нах концы полос прокатываются без натяжения. Отсутствие натяжения
может привести к переполнению калибра металлом и образованию
лампасов на концах полосы.
Угловая сталь: различная толщина полок - образуется при осевом
смещении валков;
различная длина полок - дефект возникает из-за осевого смещения
валков в предыдущих фасонных калибрах или при смещении вводной
коробки в сторону более длинной полки;
обе полки короткие - недостаточная ширина полосы, поступающей
в чистовую клеть, возможно, из-за большого натяжения в чистовой
группа клетей;
обе пожи длинные - получаются при переполнении металлом пред-
чистового калибра, при выработке предчиетового калибра;
невыполнение угла при вершине - недостаточное обжатие в вер-
шине чистового калибра из-за увеличения радиуса закругления греб-
ня в чистовом калибре в результате износа; недостаточная высота
заготовки для формирования вершины в предыдущих фасонных ка-
либрах;
срез угла при вершине - перед чистовым калибром неправильно
установлена вводная коробка; выводная проводка срезает угол;
полосу ’’серпит” или скручивает - неправильно установлены валки
или вводная коробка, что приводит к неравномерному обжатию про-
филя по ширине калибра.
Полосовая сталь: закругленные, невыполненные углы - дефект воз-
274
пикает при недостаточном обжатии в ребровом калибре, при износе
ребрового калибра; возможно, недостаточны размеры заготовки;
косой профиль сечения полосы - дефект возникает при прокатке
ромбического профиля, при перекосах полосы в ребровом калибре,
если ширина по дну калибра больше толщины полосы.
Частыми дефектами сортовой стали являются риски, царапины,
рябизна (углубления от вдавленной окалины), отпечатки, вмятины.
Причинами их возникновения являются низкое качество валковой
арматуры, ее чрезмерный износ, отсутствие средств очистки поверх-
ности металла от печной окалины, различные повреждения поверх-
ности валков, налипание металла на валки и проводковую арматуру,
повреждения металла при его транспортировке. Основным средством
ремонте сортовой стали является абразивная зачистка.
Другая группа дефектов сортовой стали связана с несоответствием
структуры, прочностных и пластических свойств проката требова-
ниями ГОСТ и ТУ. Качество проката оценивается на основе целого
ряда испытаний в условиях, приближающихся к условиям службы
данного профиля. Объем и характер испытаний определяются дейст-
вующими стандартами и техническими условиями на поставку дан-
ного вида проката.
Свойства металла зависят прежде всего от его химического соста-
ва, который контролируется путем химического анализа. Данные
структурного анализа позволяют производить оценку соответствия
структуры с точки зрения ее составляющих и величины зерна назна-
чению металла. Испытания на растяжение, ударную вязкость, изгиб,
скручивание, твердость, усталость, старение и др. позволяют оценить
металл с точки зрения его пригодности к службе в определенных ус-
ловиях. При прокатке на средне- и мелкосортных станах для обнару-
жения поверхностных пороков и общего контроля качества конструк-
ционной стали широко используется метод осадки образцов в холод-
ном и горячем состояниях.
Формы и методы конечного контроля качества готового проката
весьма разнообразны. Так, конструкционная углеродистая и легиро-
ванная сталь сдается по результатам определения механических
свойств, холодной и горячей осадки, макроструктуры, излома, твердос-
ти и величины зерна. Рессорно-пружинные стали, кроме исследования
микроструктуры, излома, испытаний на твердость и механические
свойства, подвергаются также испытаниям на графитизацию и обезугле-
роживание. В инструментальных сталях определяются характер изло-
ма, обезуглероживание и твердость.
Строгое соблюдение установленных технологических режимов об-
работки на всех стадиях технологического процесса, пооперационный
контроль параметров процесса позволяют предотвращать появление
275
дефектов готового проката или своевременно обнаружить и устранить
причину их появления.
10. Технико-экономические показатели производства
сортовой стали
Расход металле. Потери металла на угар при нагреве заготовок, в процессе прокатки,
охлаждения и термической обработки составляют 1-1,5%. Брак продукции составляет
0,5-0,1 %, в основном это яедакаты, гнутье на холодильнике. Примерно половину всех
потерь составляют потери металла в обрел при рмжрое прокатанных полое и при обрезке
переднего конца раската в процессе прокатки. На непрерывных мелкосортных станах 250
расходный коэффициент металла составляет 1,027-1,032. С укрупнением сортамента рас-
ходный коэффициент увеличивается в основном за счет увеличения потерь на обрезь,
так как длина получаемых раскатов уменьшается. На среднесортяых станах расходный
коэффициент составляет 1,049-1,06, а на крупносортных достигает 1,07-1,09.
Расход тепловой энергии на мелкосортных станах 250 составляет 2100-2500 МДж/т,
на среднесортяых н крупносортных станах - 2100-4000 МДж/т.
Расход электроэнергии — 40-70 кВт • ч/т.
Расход воды -10—25 м3/г.
Расход валков на мелкосортных станах составляет около 0,4 кг/т, на среднесортных
станах возрастает до 1-1,5 кг/т. Увеличение расхода валков связано с наличием в сорта-
менте этих станов сложных фасонных профилей: уголков, двутавровых балок, швелле-
ров и др. На крупносортных станах расход валков достигает 2-2,5 кг/т.
Контрольные вопросы
1. Лайте характеристику сортамента сортовых профилей.
2. В чем заключаются особенности расположения оборудования линейных крупносорт-
ных, среднесортных в мелкосортных станов?
3. Сопоставьте расположение оборудования шахматного и полунепрерывного средне-
сортных станов 350.
4. Опишите основные типы непрерывных сортовых станов.
5, Что представляет собой схема получения различных профилей на прокатном стане,
каким требованиям она должна удовлетворять?
5. Какие режимы прокатки применяются в черновых и чистовых группах клетей непре-
рывного сортового стана?
7. Какими процессами характеризуется контролируемая прокатка? Опишите ее основ-
ные индии.
8. Как влияет на структуру и свойства металла ускоренное охлаждение полосы в потоке
прокатного стана? Какие технологические схемы ускоренного охлаждения применяют на
прокатных станах?
9. В чем заключается технология горячего калибрования подката в потоке прокатного
стана?
10. Лайте описание способов прокатки квадратной стали.
И. Представьте на схеме способы прокатки круглой стали.
12. Назовите способы прокатки угловой стали. В чем заключается способ прокатки уг-
ловых профилей в открытых калибрах? Как при этом обеспечивается необходимая точ-
ность размеров профиля’
13. Опишите способы прокатки полосовой стали.
14. Опишите характерные виды дефектов круглой, квадратной, угловой, полосовой
стали.
15. В чем заключается конечный контроль качества готового проката?
276
Глава VH. пюизводство пговолоки-катанки
1. Сортамент проволоки-катанки
Основной продукцией проволочных станов является горячекатаная
проволока-катанка круглого профиля диаметром от 5 ло 10 мм, постав-
ляемая в мотках, различного назначения: для строительства, металло-
изделий, электросварочная, телеграфная, канатная и для других це-
лей. Кроме того, в небольших объемах на проволочных станах прока-
тывают квадратную сталь со стороной 6-9 мм и сталь периодического
профиля для армирования железобетонных конструкций N® 6, 7, 8, 9.
Круглая сталь по ГОСТ 2590- 71 на проволочных станах прокаты-
вается диаметром 6,0; 6,3; 7; 8 и 9мм по трем категориям точности:
А - высокой точности с предельными отклонениями по диаметру +0,1;
-0,2 мм; Б - повышенной точности (+0,2; -0,5 мм); В - обычной точ-
ности (+0,3; -0,5 мм). Овальность (разность между наибольшим и наи-
меньшим диаметрами) не должна превышать половину суммы пре-
дельных отклонений по диаметру.
Катанка круглая телеграфная по ГОСТ 4231-70, предназначенная
для перетяжки на проволоку, используемую для воздушных линий
связи и многопроволочных проводов электропередач, прокатывается
диаметром 5,5; 5,0; 6,5 и 7,0 мм. Отклонения по диаметру допускаются
в пределах ±0,5 мм.
Катанка стальная канатная (ОСТ 14-2-71) прокатывается диаметром
5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 8,0; 9 и 10 мм, предназначена для изготовления канат-
ной проволоки. В зависимости от качественных характеристик и наз-
начения канатную катанку изготовляют трех классов: ОК - обыкновен-
ного качества с допускаемыми предельными отклонениями по диа-
метру + 0,5 мм; КК - качественная катанка (+0,4 мм); ВК - высокока-
чественная катанка (± 0,3 мм).
Катанка из сварочной стали, предназначенная для изготовления
электродной проволоки, производится диаметром 5,5; 6,0; 6,5 мм с
предельными отклонениями по диаметру +0,3, -0,4 мм и овальностью
не более 0,4 мм.
Катанку из углеродистой стали обыкновенного качества по
ГОСТ 14085-79 изготовляют двух классов: П - предназначена для пе-
ретяжки на проволоку; С - используется в состоянии поставки для
строительной арматуры, упаковки и других целей.
Кроме отмеченных видов продукции, на проволочных станах про-
катывают и другие виды катанки по различным техническим усло-
виям.
2. Типы проволочных станов
Для получения проволоки-катанки используют линейные, полуне-
прерывные и непрерывные станы. Однако несомненными являются пре-
имущества высокопроизводительных непрерывных станов в получении
катанки высокой точности, с лучшими механическими свойствами.
Поэтому проволочными станами современного типа следует признать
непрерывные станы.
Среди действующих в стране непрерывных проволочных станов име-
ются станы устаревшей конструкции со скоростями прокатки до 30 м/с,
более совершенные и высокопроизводительные станы со скоростью
прокатки до 45 м/с, а также станы с самым современным оборудова-
нием и технологией производства, на которых скорость прокатки до-
стигает 60-100 м/с.
На рис. 132 приведена схема расположения оборудования непрерыв-
ного проволочного стана 250 устаревшей конструкции - 1 типа. Для
нагрева заготовок сечением 62X62 мм, длиной 11,2-11,8 м установле-
на одна методическая печь. Одновременно на стане прокатываются
четыре заготовки, направляемые в соответствующие калибры при по-
мощи распределительного устройства, установленного перед первой
клетью. Собственно стан состоит из 31 клети: в черновой группе - 7 кле-
тей, в первой промежуточной - 4, в двух вторых промежуточных груп-
пах - по две клети в каждой, в четырех чистовых группах - по 4 кле-
ти в каждой. В чистовых группах чередуются клети с горизонтальны-
ми и вертикальными валками, в остальных группах используются
только клети с горизонтальными валками. Все клети черновой группы
приводятся от одного электродвигателя через групповой редуктор
и шестеренные клети. Для обрезки переднего конца и аварийной
порезки раската после черновой группы клетей по каждой нитке уста-
новлены автоматически включающиеся летучие ротационные ножницы.
Имеются также аварийные ножницы перед первой клетью черновой
группы для обрезки заготовки, поступающей в стан, в случае бурения
на соответствующей нитке. Прокатка в первой промежуточной группе
клетей осуществляется также одновременно в четыре нитки. На каж-
дые две клети предусмотрен самостоятельный электродвигатель. Во
вторых промежуточных группах прокатка осуществляется в две нит-
ки, привод клетей индивидуальный. Передача раската из первой во
вторую промежуточную группу и из второй промежуточной в чистовую
группу производится по специальным желобам, выполненным в петле-
образующих плитах. В процессе прокатки петля раската выходит из
желоба и располагается на горизонтальной поверхности плиты. Путем
регулирования скоростного режима прокатки в чистовых и промежу-
точных группах клетей размеры петли раската на петлеобразующих
278
Рж. 132. Схема расположения оборудования непрерывного проволочного стала 250 I типа:
1 - нагревательная петь; 2 - распределитель заготовок; 3 - ножницы (аварийные); 4 - чер-
вовая группа клетей; S - летучие ножницы; 6 - I промежуточная группа клетей; 7, 10* -
петлеобразуюпие плиты; 8 — обрывные ножницы; 9 - II промежуточные группы клетей;
11 - чистовые группы клетей; 12-моталки
столах поддерживаются в заданных пределах, что обеспечивает от-
сутствие натяжения раската между группами клетей. Перед вторыми
средними группами на каждой нитке установлены обрывные ножницы,
которые автоматически отрезают задний конец застрявшего в после-
дующих кпетях раската и тем самым уменьшают количество путанки
между клетями. В чистовых группах прокатка осуществляется в одну
нитку. Привод клетей индивидуальный. Чередование вертикальных
и горизонтальных клетей исключает необходимость кантовки раска-
тов малого сечения.
Каждая нитка стана из участке между последними клетями и мо-
талками снабжена установкой для ускоренного охлаждения катанки
водой высокого давления, после прохождения которой раскат пода-
ется в моталки и сматывается в мотки массой до 330 кг. На каждую
чистовую группу клетей установлено по две моталки. Мотки выталки-
ваются из моталок на транспортер, перемещаются на муфельный
транспортер, где охлаждаются и увязываются. Окончательное охлаж-
дение мотков производится на крюковом конвейере. Годовая произ-
водительность станов этого типа достигает 700 тыс. т/год.
В период 1960-1970 гг. был введен в эксплуатацию ряд новых про-
волочных станов, рассчитанных на использование заготовки сечением
80X80 мм, длиной 11,2-11,8 м. Схема расположения оборудования
непрерывного проволочного стана этого типа (II) приведена на_рис. 133.
Нагрев заготовок производится в двух методических печах до 1200-
1250 *С. Печи расположены симметрично под небольшим углом к
главной оси стана. Передвижение металла в печи осуществляется тол-
кателем, выдача заготовок из печи производится выталкивателем и
вытаскивателем. По соединительным рольгангам заготовки подаются
к трайбаппаратам и распределяются по четырем ниткам. Каждая печь
279
Лк. 133. Схема расположения оборудования непрерывного проволочного стана 250 II типа:
1 - нагревательные печи; 2 - выталкиватели мготовок; 3 — трайберы; 4 - кривошипные
ножницы; 5 - черновая группа клетей; S - летучие ножницы; 7-1 промежуточная группа
клетей; в, 10 — обрывные ножницы; 9 — П промежуточные группы клетей; 11 — чистовые
группы клетей; 12 - моталки
обслуживает две нитки. Стан оборудован 37 рабочими клетями, разде-
ленными на группы: черновая - 9 клетей, первая средняя - 4 клети,
вторые средние - 2 группы по 4 клети, чистовые - 4 группы по 4 клети
(из них две вертикальные и две горизонтальные). Прокатка в черно-
вой и первой средней группах ведется в 4 нитки, во вторых средних -
в две нитки и в чистовых группах - в одну нитку. Для привода рабо-
чих клетей черновой группы используются б электродвигателей, при
этом клети № 1, 8 и 9 имеют индивидуальный привод, а клети № 2 и 3,
4 и 5, б и 7 приводятся попарно от одного электродвигателя. Осталь-
ные клети стана имеют индивидуальный электропривод. На каждой
нитке после черновой группы установлены летучие ножницы для об-
резки переднего конца раската и аварийной порезки. За средними
группами клетей установлены петлевые столы, перед вторыми сред-
ними и чистовыми группами имеются обрывные ножницы. За чисто-
выми клетями имеются установки для ускоренного охлаждения метал-
ла в потоке водой высокого давления. На каждую чистовую группу
клетей установлено по две моталки, в которых раскат сматывается
в мотки с внутренним диаметром 850-900 мм, наружным диаметром
1350-1400 мм массой до 550 кг. Скорость прокатки на стане достигает
45 м/с. Производительность - 800-900 тыс. т/г.
Начиная с 1966 г. за рубежом получила интенсивное развитие новая
технология производства проволоки-катанки с использованием вы-
сокоскоростных чистовых блоков рабочих клетей и новых систем
смотки и контролируемого охлаждения катанки. Применение блоков
позволило увеличить скорость прокатки до 60-100 м/с, точность катан-
ки возросла до ±0,1-0,2 мм. Эффективные системы контролируемого
охлаждения катанки значительно повысили уровень ее качества.
Увеличение сечения исходной заготовки позволило довести массу
мотков до 1,5-2 т.
280
281
В 1979 г. на Белорецком металлургическом комбинате был введен
в строй новый непрерывный двухниточный стан 150 для производства
катанки диаметром 5-10 мм в мотках массой до 2 т из сталей широ-
кого марочного сортамента - канатных, качественных конструкцион-
ных, инструментальных, пружинных, нержавеющих, подшипниковых
и других легированных и высоколегированных сталей (рис. 134). Ка-
таные или литые заготовки сечением 170 x170 мм, 200 x 200 мм дли-
ной до 7 м нагревают до температуры 1200-1250 °C в печи с шагающим
подом. Нагретые заготовки при помощи шагающих балок передаются
на виутрипечной желоб, откуда при помощи штангового выталкива-
теля и роликового вытаскивателя выдаются на подводящий рольганг
и транспортируются к первой клети обжимной группы стана. Перед
обжимной группой имеется устройство для гидросбива окалины и
кантователь заготовок. Обжимная группа состоит из четырех двух-
валковых клетей 630 (клети № 1 и 3 - горизонтальные, клети № 2 и 4 -
вертикальные) и двух горизонтальных клетей 450 (№ 5 и 6).
На выходе из клети № 5 установлены кантующие валки. Из обжим-
ной группы получают подкат сечением 98 Х98мм, Прокатка в обжим-
ной группе производится в одну нитку. Привод всех клетей индиви-
дуальный от электродвигателей постоянного тока. В процессе прокат-
ки в обжимной группе заготовки, предназначенные для прокатки в
катанку ответственного назначения, подвергаются сплошной зачистке
на термофрезерных машинах, установленных после клети № 2 (верти-
кальная) и после клети № 3 (горизонтальная). Глубина зачистки 1-3 мм.
После клети №6 маятниковыми ножницами производится обрезка
передних и, в случае необходимости, задних концов раскатов, а также
аварийная порезка раската на части с последующей уборкой. После про-
катки в обжимной группа раскат длиной до 28 м подается по роль-
гангу с косорасположенными роликами к проходной роликовой печи.
Под печи представляет собой двухниточный рольганг с независимым
приводом. Обе нитки печи загружаются раскатами, которые подогре-
ваются до 1000-1100’С, а затем прокатываются в две нитки в черно-
вой и двух промежуточных непрерывных группах. Черновая группа
состоит из пяти горизонтальных клетей 450. Между роликовой печью
и черновой группой установлены разрывные ножницы, предназна-
ченные для однократного пореза раската при авариях в последующих
клетях.
В промежутках между клетями черновой группы раскат кантуется
при помощи кантующих валков. После прокатки в черновой группе
раскат сечением 50 х 50 мм подается в первую промежуточную группу,
состоящую из шести горизонтальных клетей 380. Перед и после первой
промежуточной группы имеются ножницы для обрезки передних кон-
цов раскатов и аварийной порезки. Вторая промежуточная группа
282
состоит из шести горизонтальных клетей 320. На выходе из этой груп-
пы получают профиль диаметром 12-17 мм. После второй промежуточ-
ной группы технологический поток разделяется на левую и правую
сторону стана и раскаты подаются в два чистовых блока клетей.
Имеется возможность направить раскат из любой нитки второй
промежуточной группы в левый или правый чистовые блоки для рав-
номерной их загрузки при однониточной прокатке. Водяные охлади-
тели (по две секции на каждой нитке) позволяют регулировать тем-
пературу раската перед блоком в зависимости от марки стали. Перед
чистовыми блоками установлены дисковые, скрапные, кривошипные
и разрывные ножницы, Кривошипные ножницы предназначены для
удаления дефектных передних концов раскатов, направляемых в
чистовые блоки. Дисковые ножницы предназначены для обрезки
заднего конца раската, который скрапными ножницами барабанного
типа разрезается на короткие длины. Разрывные ножницы установле-
ны непосредственно перед блоками и служат для одноразового пореза
раската при авариях в блоках и на последующих участках. Перед каж-
дым чистовым блоком установлен автоматический петлерегулятор,
обеспечивающий отсутствие натяжения раската. Петля поддержива-
ется в заданных пределах путем регулирования скорости вращения
привода блока. Каждый чистовой блок состоит из 10 чередующихся
горизонтальных и вертикальных двухвалковых клетей с диаметром
валков 150-215 мм.
Клети блока имеют общий привод от двух электродвигателей пос-
тоянного тока мощностью 1200 кВт каждый через цилиндрический и
распределительный редукторы. В чистовых блоках осуществляется
однониточная прокатка без кантовки с небольшим натяжением. Пос-
ле прокатки в чистовом блоке катанка проходит установку оптичес-
кого измерителя размеров катанки и дефектоскопа и подается на учас-
ток двухстадийного охлаждения. По направляющим трубам с секция-
ми водяного охлаждения с помощью трайб-аппаратов катанка подается
на витк оу кладчик. Витки катанки перемещаются пластинчатым транс-
портером над шахтами воздушного охлаждения к виткосборнику,
который представляет собой шахту диаметром 1250 мм. В виткосбор-
нике происходит формирование мотка.
Затем при помощи транспортера поддоны с мотками передаются
к весам и далее направляются к установке для подпрессовки и увяз-
ки мотков. При помощи поворотных устройств, через поперечный
транспортер поддоны с мотками подаются к опрокидывателю, который
наклоняет поддоны в горизонтальное положение. При помощи тележ-
ки мотки снимаются с оправки поддонов и передаются на цепной
транспортер, который доставляет мотки на участок съема мотков.
Свободные поддоны устанавливаются в вертикальное положение и
283
по транспортеру возвращаются к виткосборникам. Стан управляется
с шести постов и оснащен локальными системами автоматизации от-
дельных агрегатов, механизмов и групп машин. Оборудование стана
рассчитано на возможность повышения скорости прокатки до 60 м/с.
Предусмотренная проектом точность катанки находится в пределах
±0,1—0,2 мм при овальности не более 0,2 мм. Годовая производитель-
ность стана - 400 тыс. т.
В 1982 году была осуществлена реконструкция проволочного стана
250-2 на Череповецком металлургическом комбинате. Вместо чис-
товых четырехклетевых групп установлены четыре восьмиклетевых
блока. Две двухниточные четырехклетевые вторые промежуточные
группы заменены четырьмя одноннточными группами, каждая из
вертикальной и горизонтальной предварительно напряженных клетей.
Между клетями, перед и после них установлены петперегупяторы.
Одностадийные установки ускоренного охлаждения заменены линиями
двухстаднйного охлаждения. Смонтированы новые механизмы для
формирования, обработки и уборки мотков. Увеличено сечение заго-
товки до 100 х 100 мм и масса мотков до 900 кг. В результате рекон-
струкции скорость прокатки увеличена до 50 м/с, улучшено качество
катанки, производительность стана возросла на 100 тыс. т/год.
3. К омбинировапный непрерывней мелкосортно-проволочный
стан 320-150
В последнее время все большее распространение получают пере-
дельные металлургические предприятия небольшой мощности, так
называемые минизаволы. Для минизаводов характерно использова-
ние местного металлолома, применение современных высокопроизво-
дительных агрегатов выплавки, разливки и прокатки металла, реали-
зация продукции в данном районе. На рис. 135 представлена схема
расположения оборудования комбинированного мелкосортно-прово-
лочного стана одного из минизаводов, рассчитанного на производство
500 тыс. т проката в гол (в том числе 150 тыс. т катанки). Стан состоит
из одноннточной сортовой линии, включающей 20 рабочих клетей,
и десятиклетавого проволочного блока. Рабочие клети расположены
тремя группами. Черновая группа состоит из восьми горизонтальных
клетей, промежуточная - из шести горизонтальных клетей, чистовая -
из шести чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей. Все
клети имеют индивидуальный электропривод.
Непрерывнолитая заготовка сечением 125 XI25 мм длиной 11,3-
12 м нагревается в печи с шагающим подом до 1180-1240 °C. Возмо-
жен нагрев заготовок как с горячего посада, поступающих непосредст-
венно с МНЛЗ с 780-800 °C, так и с холодного посада, когда заготовки
284
-i-Я
285
подаются со склада. Перед черновой группой имеются маятниковые
ножницы для аварийной обрезки заготовки Между ножницами и пер-
вой клетью установлено устройство гидросбива окалины с поверхности
заготовки. Прокатка в черновой и промежуточных группах ведется
с минимальным натяжением полосы.
Кантовка выполняется кантующими устройствами и арматурой,
установленными на брусьях рабочих клетей. После черновой и про-
межуточных групп установлены ножницы для обрезки переднего кон-
ца раската или аварийной порезки. В чистовой группе в межклетевых
промежутках установлены петлерегуляторы, позволяющие в зависи-
мости от профиля полосы формировать петли как в вертикальном,
так и в горизонтальном положениях. Летучие ножницы после чистовой
группы раскраивают полосу на длины, вмещающиеся на холодильнике.
Скорость прокатки - до 20 м/с. После порезки раскат с помощью
трайб-аппаретов транспортируется через установку ускоренного регу-
лируемого охлаждения для снижения вторичного окалинообразования
и повышения механических свойств.
Торможение проката осуществляется системой двойных подъемных
клапанов. Для повышения эффективности торможения термоупроч-
ненного проката отдельные клапаны снабжены электромагнитами.
Крупные профиля дополнительно охлаждаются потоком воздуха от
вентиляторов. Охлажденные полосы собираются в пакеты и подаются
к многоручьевой правильной машине. После правки производятся
порезка полос на мерные длины на ножницах холодной резки с фа-
сонными ножами, пакетирование, штабелирование, увязка, взвеши-
вание, маркировка и передача пакетов на склад готовой продукции.
От чистовой клети сортовой линии подкат диаметром 17-19 мм пе-
реводной стрелкой может быть направлен к блоку клетей для про-
катки катанки. Прокатку в блоке осуществляют с небольшим натя-
жением. Скорость прокатки - до 100 м/с. После блока клетей предус-
мотрено двухстадннное охлаждение катанки. На первой стадии ка-
танка охлаждается водой под давлением до 16 МПа. Трайб-аппаратом
канатка подается в виткоукладчик, который образует витки катанки
диаметром 1050 мм на роликовом транспортере. Вторая стадия охлаж-
дения катанки заключается в продувке движущихся по транспортеру
витков воздухом от вентиляторов. В конце роликового транспортера
длиной 80 м установлена камера образования бунтов массой 1400 кг.
Под камерой расположена станция приема бунтов, обеспечивающая
сбор витков катанки в бунты и передачу их на крюковой конвейер.
Крюковой конвейер оборудован устройством для прессования и об-
вязки бунтов в горизонтальном положении четырьмя вязальными
головками, весами для взвешивания бунтов с автоматическим печат-
286
ным устройством. Для снятия бунтов с конвейера установлена стан-
ция разгрузки.
Сортамент стана; сталь круглая диаметром 10-40 мм, сталь квад-
ратная 10-35 мм; сталь шестигранная 10-38 мм, арматурные профили
№ 10-40, сталь угловая №2-5, швеллеры №5, 6,5; катанка 5,5-12 мм.
4. Технологические процессы при производстве
проволоки-катанки
На проволочных станах старой конструкции для получения катан-
ки используют квадратные заготовки сечением 60 х 60 мм и массой до
330 кг. При переработке мотков малой массы в метизном производ-
стве время, затрачиваемое на вспомогательные операции, составляет
значительную часть в общем цикле обработки. С увеличением массы
мотков значительно повышается производительность при их перера-
ботке. Этим объясняется постоянная тенденция увеличения сечения
заготовки для новых проволочных станов, масса получаемых мотков
катанки увеличена до 1400 кг.
Перед загрузкой в печь заготовки подвергают визуальному осмот-
ру. Поверхностные дефекты удаляются путем продольной вырубки,
огневой или наждачной зачистки. При необходимости производится'
сплошная абразивная зачистка заготовок с четырех сторон на станках.
На новых четырехннточных проволочных станах для нагрева загото-
вок сечением 80 х 80 мм установлены 2 печи, что позволяет обеспе-
чить высокопроизводительный стан нагретым металлом. На двухни-
точных и однониточных станах для нагрева заготовок используется
одна нагревательная печь, обеспечннающая производительность стана.
Прокатка в черновой группе клетей производится с небольшим
натяжением раската между клетями, что обеспечивается соответст-
вующим режимом деформаций по клетям и скоростным режимом про-
катки. На старых станах групповой привод черновых клетей сильно
усложняет эту задачу, вызывает необходимость производить перевал-
ку валков комплектом, практически невозможно обеспечить доста-
точно низкий уровень межклетевого натяжения раската, что приво-
дит к изменению размеров профиля по длине раската. Индивидуаль-
ный. и попарный привод черновых клетей на новых проволочных ста-
нах позволяет повысить точность настройки стана, упростить перевал-
ки, более рационально распределить вытяжки между клетями.
Среди проволочных станов особо выделяется стаи 150 БМК, в сос-
таве которого имеется обжимная группа клетей 630. Такое проектное
решение позволило получать мотки большой массы из заготовок
малой длины и упростить конструкцию нагревательной печи. Впер-
вые в практике проволочного производства благодаря установке в
287
потоке стана термофрезерных машин обеспечены условия получения
катанки ответственного назначения из заготовок с чистой и свобод-
ной от обезуглероживания поверхностью.
На многониточных проволочных станах точность получаемой ка-
танки в значительной мере зависит от числа одновременно прокаты-
ваемых ниток. При полной загрузке стана по всем ниткам размеры
подкатов, поступающих в чистовые группы, будут максимальными,
так как при этом пружина валков будет максимальной. Нарушения
режима прокатки, задержки и бурения приводят к изменению числа
одновременно прокатываемых ниток, что сказывается на размерах
получаемого подката из-за изменений пружины валков. Для повыше-
ния точности получаемой катанки на многониточных проволочных
станах устанавливают жесткие предварительно напряженные клети.
Повышение точности катанки достигается также за счет перехода от
четырехниточной прокатки к двух- или однониточной, а также за счет
использования чистовых многоклетевых блоков с минимальными
расстояниями между клетями. Для получения точных размеров катан-
ки на выходе из чистового блока подкат, поступающий в блок, должен
иметь стабильные размеры, что обеспечивается отсутствием натяжения
между группами клетей за счет образования и поддержания петлн рас-
ката. Небольшое натяжение между клетями блока не оказывает зна-
чительного влияния на профиль, так как при малых расстояниях меж-
ду клетями длина концевых участков раската очень невелика. Дис-
ковые валки чистового бпока изготовлены из твердого сплава ВК-10,
обладают высокой стойкостью. Конструкция блочных клетей имеет
высокую жесткость и обеспечивает точность прокатки ±0,1-0,2 мм.
В схемах калибровки непрерывных проволочных станов использу-
ют несколько систем калибров. В первых черновых клетях применя-
ют ящичные калибры, в последующих клетях используют калибры
системы шестиугольник-квадрат и системы овал-квадрат. В проме-
жуточных группах клетей чаще всего применяют систему калибров
овал-квадрат, а на некоторых станах овал-ребровый овал. В чисто-
вых группах клетей схема прокатки должна быть универсальной для
получения всего сортамента профилей катанки различного диаметра.
Универсальность калибровки обеспечивается при использовании в
чистовых группах калибров системы овал-круг. При этом круглые
калибры могут быть использованы как чистовые для получения ка-
танки различного диаметра, а также при увеличении зазора между
валками как ребровые овальные с последующей прокаткой профиля
в предчистовом овале и чистовом круге. Схема калибровки овал-круг
применяется также при использовании блочных конструкций чисто-
вых двухвалковых клетей (рис. 136). Катанку наибольшего размера
получают из четвертой клети блока, для получения катанки диамет-
ром 5- 6 мм используют все 10 клетей блока.
288
в 9 10
0/1-J2 09-Ю »?-в 96-6
В связи с интенсивным режимом деформации и высокими скоростя-
ми прокатки температура металла на выходе из последней клети
остается высокой 1050-1080 *С. С целью уменьшения окалинообразо-
вания и обезуглероживания, повышения комплекса механических
свойств и улучшения товарного вида мотков производится ускоренное
охлаждение катанки в потоке непрерывного стана на участке между
чистовой клетью и моталками. В состав одной линии ускоренного
одностадийного охлаждения катанки входит охлаждающая секция,
состоящая из прямоточной форсунки и охлаждающей камеры с внут-
ренним диаметром 25-30 мм, длиной 4300 мм. К охлаждающей секции
подводится вода под давлением 2-4 МПа. Механическое отсечение
отработанного охладителя производится при помощи ряда последо-
вательно расположенных воронок.
Окончательное отсечение охладителя производится воздушно-
противоточной форсункой. За противоточной форсункой в конце ох-
лаждающей пинии имеется переводная стрелка, поочередно направ-
ляющая прокат в моталки, обслуживающие чистовую группу клетей.
Ускоренное охлаждение катанки водой в трубах перед смоткой (одно-
стадийное охлаждение), применяемое на многих отечественных про-
волочных станах, производится таким образом, что поверхность ка-
танки охлаждают ниже точки мартенситного превращения. Параметры
охлаждения зависят от марки стали. Так, канатную катанку охлаждают
до 620-680*0, катанку из углеродистой качественной и легированной
стали, предназначенную для изготовления сварочной проволоки, ох-
лаждают до 850-900‘С. Скорость охлаждения достигает 1300-1400 *С/с.
Высокая скорость охлаждения и использование эффекта гидротранс-
портярования позволили сократить длину участка охлаждения до
бм. Понижение температуры смотки катанки до 700-800 "С умень-
шает образование окалины в 3-4 раза, улучшает ее структуру. Опыт
эксплуатации установок одностадийного охлаждения показал, что
при этом структура катанки неоднородна по сечению катанки и длине
мотка, что объясняется различием условий охлаждения наружных и
внутренних витков в мотке. Микроструктура такой катанки изменяется
от сорбита отпуска в поверхностных слоях до скрыто- и тонкопластип-
чатого перлита в центре сечения. Такая неоднородность структуры
289
19-123
Рж. 137. Сха« устройстве охлаждения кявякн по способу Спшмор’:
1 - последняя клея, стана; 2 - водоохлаждаютцяв секции; 3 - виткообрмоамель; 4 -
транспортер; 5—вентиляторы; 6 - виткосборник
ограничивает допустимую суммарную деформацию при волочении
катанки до 75 %.
Наиболее совершенным способом охлаждения готовой катанки в
потоке непрерывного стана является способ ’’Стилмор”, впервые при-
мененный в Канаде. Этот способ, имеющий несколько разновидностей,
представляет собой систему регулируемого охлаждения катанки с
прокатного нагрева, включающую две сталии: охлаждение катанки
водой до температуры несколько выше точки мартенситного превра-
щения, а затем охлаждение на воздухе до температуры ниже точки
перлитного превращения, но не в мотках, а в раскладываемых веером
витках. Схема устройства двухстадийного охлаждения катанки по спо-
собу ’’Стилмор” показана на рис. 137. На участке многоступенчатого
водяного охлаждения в трубах водоохлаждающие секции располага-
ются на определенных расстояниях с промежутками для выравнивания
температуры. Температура катанки в зависимости от ее диаметра и
марки стали ступенчато снижается до 750-850’С. Такой режим водя-
ного охлаждения предотвращает рост измельченного в процессе де-
формации аустенитного зерна. Так как при ступенчатом охлаждении
уменьшается перепад температур между серединой и поверхностью,
то это способствует получению более однородной структуры в попе-
речном сечении катанки. В конце участка охлаждения катанка направ-
ляется в виткообразователь, раскладывающий витки катанки на дви-
жущийся со скоростью 0,1-1,2 м/с транспортер. На транспортере катан-
ка охлаждается воздушным потоком от вентиляторов. Скорость ох-
лаждения регулируют путем включения и отключения вентиляторов и
поворотом жалюзсй, расположенных под транспортером. Интенсивное
охлаждение катанки водой в трубах и воздушным потоком уменьшает
окалннообразование. Окалина после двухстадийного охлаждения на
90-95% состоит из вюстита (FeO) и на 5-10 % - из магнетита (Fe3O4).
По сравнению с установками одностадийного охлаждения количество
290
окалины уменьшается на 5-10 кг/т, улучшается травимость окалины,
что дает большой экономический эффект в метизном производстве.
Способность катанки деформироваться в холодном состоянии без
разрушения тем выше, чем больше содержание сорбитообраэного пер-
лита в структуре, а также чем более равномерна структура по сече-
нию. На установках двусталийного охлаждения достигается сорбити-
зация катанки с прокатного нагрева при высокой однородности струк-
туры. Такая катанка имеет малое количество окалины (2-5 кг/т),
малую и равномерную по периметру обеэуглероженность поверхности
(не более 1-1,5%). Суммарная деформация при волочении сорбитизи-
рованной катанки без промежуточной термической обработки превы-
шает 90 %.
Новая технология производства катанки обеспечивает получение
катанки высшей категории качества.
5. Технико-экономические показатели производства
проволоки-катанки
На расход металла при производства катанки влияют: сортамент, состав и состояние
оборудования, конструкция нагревательных печей и используемое топливо, способ охлаж-
дения катанки в потоке стана, наличке зачистных средств и др. В связи е этим расходный
коэффициент металла на различных проволочных станах изменяется в довольно широких
пределах: от 1,027 на стана 250-1 Западне Сибирского металлургического комбината по
1,078 на стане 250 Енакиевского металлургического завода (оба стана - II типа). На прово-
лочных станах 150 с блоками чистовых клетей расходный коэффициент металла составляя
1,055-1,К. Повышенный расход металла на этих станах объясняется большой техноло-
гической обреэыо, так как обрезка концов производится в нескольких местах технологи-
ческой ЛИНИИ.
Расход тепловой энергии в среднем составляет 2100-2400 МДж/т, расход электроэнер-
гии - 05-70 кВт • ч/т, расход воды - 20 м3/!, расход валкое - 0,4 кг/т,
Контрольные вопросы
1. Дайте характеристику сортамента проволочных станов.
2. Опишите основные типы непрерывных проволочных станов.
3. Дайте характеристику четырехнигочных непрерывных проволочных станов 250.
4. Дайте характеристику двухниточного непрерывного проволочного стана 150.
5. Дайте характеристику непрерывного мелкосортно-проволочного стана 320-150.
6. Какие нагревательные устройства используют для нагрева заготовок на проволочных
станах?
7. Как обеспечивается требуемый режим натяжений полосы между клетями и группами
клетей непрерывного проволочного стана!
8. Дайте характеристику калибровки валков непрерывного проволочного стана.
9. В чем заключается способ ускоренного одностадийного охлаждения катанки в потоке
прокатного стана?
10, Как осуществляется двухсталкйкое регулируемое охлаждение катанки в потоке про-
катного стана?
И. Опишите технологические процессы формирования и уборки мотков катанки на
проволочных станах.
12. Назовите основные технико-экономические показатели производства катанки.
291
19’
Глава VIIL производство сортового проката
ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
!. Сортамент
Сортовой прокат из цветных металлов и сплавов по размерам и
назначению разделяют на следующие 4 группы:
1. Горячекатаная проволока-катанка диаметром 6,5-12 мм сече-
нием до 100 мм2 в бухтах.
2. Горячекатаный мелкосортный подкат круглого профиля диамет-
ром 12-20 мм, прямоугольного профиля с размерами 6-12* 10-22 мм
сечением 100-300мма в бухтах. Мелкосортный подкат используется
для изготовления путем последующего волочения кругвой проволоки
для контактных проводов, прямоугольной обмоточной меди, узких
лент в рулонах и круглых прутков диаметром 10-18 мм.
3. Горячекатаный среднесортный подкат сечением 300-2000 мм2
круглого профиля диаметром 20- 45 мм, квадратного - 20-40 мм,
шестигранного - 20-40 мм, прямоугольного или трапецеидального
профиля толщиной 6-15 мм, шириной 50-115 мм. Среднесортный под-
кат идет для изготовления путем волочения прутков круглого, квад-
ратного, шестигранного профиля размером 20-40 мм, а также узкой
ленты шириной до 110 мм для электротехнических целей.
4. Горячекатаные прутки (штанги) готового проката круглого, квад-
ратного, прямоугольного сечения с диаметром или размером стороны
30-120 мм, которые на заводах-потребителях обычно подвергаются
обработке резанием.
В сортаменте стана для прокатки цветных металлов основной про-
дукцией обычно является круглая проволока-катанка. Мелкосортный
и среднесортнмй прокат получают на этих же станах из обжимных
или промежуточных клетей. Таким образом, в цветной металлургии
не применяются специализированные среднесортные и мелкосортные
станы, а используются проволочно-прокатные станы широкого сор-
тамента.
2. Типы проволочно-прокатных ставав
Линейные станы с петлевыми отделочными и промежуточными ли-
ниями клетей еще широко распространены в цветной металлургии в
связи со значительно меньшим объемом производства проката и тре-
буемой производительностью стана по сравнению с производством
проката из черных металлов. Стан обычно состоит из трех линий кле-
тей: обжимной, промежуточной и отделенной. На рис. 138 приведена
схема проволочно-прокатного стана, состоящего из 18 клетей, распо-
292
hr. 138. Схема линейного щивышчяо-прсмяюго став* для премией мвдн:
I - паяя обжимных клетей трио; Л — премвхуточяая линия клетей переменное дуо;
Ш - егтделушвв линия плетей оеремеивое дуо; 1 - ягреввимыв печи; 2,3- хрпыа,
проволочные мишки; 4 — грониюртер
ложенных в три линин с самостоятельным приводом каждой линии.
Обжимная линии состоит из двух клетей трио с диаметром валков
450 мм, которые приводятся от одного электродвигателя с частотой
вращения 120 об/мин. В первой клети осуществляются четыре прохода,
во второй - один проход. Промежуточная линия состоит из восьми
клетей с диаметром валков 250-280 мм. Частота вращения валков -
320 об/мин. При прокатке проволоки используются только три клети
промежуточной группы. Остальные клети предназначены для получе-
ния мелкосортного подката. Для получения проволоки-катанки ис-
пользуется отделочная линия, состоящая из восьми клетей с валками
диаметром 250- 290 мм (п * 490 об/мин). Стан обслуживают 5 моталок
напольного типа с тангенциальной подачей полосы.
Максимальная выходная скорость у петлевых станов ограничена
применением ручной задачи раскатов овального профиля в квадрат-
ный калибр и не превышает 8 м/с.
Полунепрерывные станы для прокатки цветных металлов позвол .ют
механизировать и автоматизировать технологические операции по
передаче раската из калибре в калибр, повысить скорость прокатки
и производительность, увеличить массу заготовки и получаемых бун-
тов. На рис. 139 приведена схема расположения оборудования полу-
непрерывного мелкосортно-проволочного стана 250. Стан предназна-
чен для прокатки разнообразных конструкционных и электротехни-
ческих сплавов на основе меди и получения профилей прямоуголь-
ного сечения 4- 25 X 20-125 мм, трапецеидального сечения 3-10Х
х 15-100 мм, круглых, квадратных и шестигранных профилей с раз-
мерами от 7,2 мм до 40 мм. Для нагрева слитков или прессованной
293
Ряс. 139. Схвмв расположения оборудования полунепрерывного мелкосортно-проволоч-
ного пана 250 для прокатки меди:
1 - аагруаочпое устройство; 2 - толкатели; 3 — нагревательные печи; 4 - черновая ревер-
сивная клеть; 5 - рольганг; 6 - непрерывная сортовая группа клетей 350; 7, 9 - летучие
ножницы; S - холодильник для сортовых профилей; 10 - непрерывная мелкосортная груп-
па клетей 300; 11 - моталка для мелкосортных профилей; 12 — моталка для полос; 13 —
непрерывная проволочная группа клетей; 14 - моталки для катанки; 13 - пакетировщик;
16 - линия увязки и пакетирования бунтов; 17 — водоохлаждаемый транспортер бунтов
заготовки сечением ПОХ 110 мм, 120 х 120 мм длиной 1,35-3,1 м, мас-
сой 120-140 кг используются две методические нагревательные печи.
Нагретая заготовка рольгангом подается к обжимной двухвалковой
клети 500, в которой осуществляют четыре прохода. Затем раскат по
рольгангу передается к непрерывной группе сортовых клетей 350, из
которой получают круглые профили диаметром 20-40 мм и полосы
шириной 60-125 мм. Резка раската на длины 6-10 м производится на
летучих ножницах. Для обжатия кромок плоских профилей в группе
клетей 350 используются две вертикальные кромочные клети. После
резки прокат передается на холодильник для сортовых профилей.
Для получения профилей более мелких сечений полоса из группы
клетей 350 направляется к непрерывной группе мелкосортных кле-
тей 300. Перед входом в группу производится обрезка переднего кон-
ца раската на летучих ножницах, которые также производят аварийную
порезку раската. В группе клетей 300 установлены четыре горизонталь-
ные клети, из которых получают сортовые профили диаметром 20 мм
и полосы шириной 20-55 мм, которые сматываются в бунты.
Для получения катанки раскат из группы клетей 300 направляется
в проволочную группу, состоящую из трех горизонтальных и трех вер-
тикальных клетей 250. Катанка сматывается моталками с неподвижным
бунтом.
Непрерывный двухниточный проволочный стан 250 (рис. 140) пред-
назначен для получения алюминиевой катанки диаметром 7-11 мм,
которую в дальнейшем используют для волочения проволоки, пред-
294
Рж. 140. Схема расположения оборудования непрерывного двухииточвосо става 250 для
прокяки алюминиевой проволоки:
1 - апекгрическая нагревательная печь с цепным подом; 2 - распределительное устройство;
3 - черновая непрерывная группа клетей; 4 — летучие ножницы; $ - первая промежуточ-
ная группа клетей; 6, 8 - петлвобраэоватепи; 7 - вторая промежуточная группа клетей;
9 — чистовые непрерывные группы клетей; 10 - моталки; 11 - пластинчатый транспортер;
12 - сталкиватепь и навеишвиель Вунгов; 13 - крюковой подвесной конвейер; 14 - ле-
кетировщик бунтов
назначенной для электротехнических целей. Такая катанка при мо-
лочении имеет значительно меньшую обрывность, чем прокатанная
на линейных станах или прессованная. Для прокатки используются
заготовки, полученные на МНЛЗ, сечением 100 X 100 мм, длиной до
3 м, массой до 100 кг. Для нагрева заготовок используются три проход-
ные электрические печи. Стан состоит из 20 рабочих клетей, объеди-
ненных в несколько непрерывных групп: черновую, две промежуточ-
ные и две чистовые. В черновой группе, состоящей из восьми горизон-
тальных клетей с диаметром валков 350-400 мы, прокатка произво-
дится в две нитки до получения на выходе из восьмой клети раската
сечением 22 х 22 мм.
После обрезки на ходу переднего конца раската летучими ножни-
цами полоса направляется в первую, а затем во вторую промежуточ-
ные группы, состоящие каждая из двух горизонтальных клетей 300.
Прокатка в промежуточных клетях производится также в две нитки.
Между промежуточными группами клетей, а также за второй проме-
жуточной группой установлены пстлеобразователи, предназначенные
для формирования и регулирования петли проката, исключающей
натяжение полосы между группами клетей. Из второй промежуточной
группы каждая нитка проката направляется в отдельную чистовую
группу, состоящую из чередующихся клетей 250 с вертикальными
и горизонтальными валками. Скорость прокатки - 18-20 м/с. На вы-
ходе каждой чистовой группы для сматывания проволоки-катанки
в бунты установлено по две моталки, работающие поочередно. Бунты
из моталок передаются на транспортер, а затем на пакетирующее уст-
ройство или на крюковой конвейер.
Современное развитие производства проволоки-катанки из цвет-
295
Рж. ML Схема лимйно-прокиявго етия для получения аюоминмвой щхшыигас
1 — миксер; 2 - кристаплимтор; 3 - щд лера улиюр; 4 - ножницы дня обрезки передник
крипа заготовки (аварийные); 5 - непрерывный проволочный стан е трехвалковыми кле-
тями; f - летучие ножницы; 7 - моталка
ных металлов характеризуется применением непрерывных литейно’
прокатных агрегатов, совмещающих в себе процессы непрерывного
литья заготовок и последующей прокатки их на непрерывном стане.
Производство алюминиевой проволоки этим способом в настоящее
время составляет более 80 % общего объема ее производства. В нашей
стране созданы и эксплуатируются агрегаты непрерывного питья и
прокатки алюминиевой катанки производительностью 4,5-5,2т/ч при
скорости прокатки более 7 м/с и массе бунта до 1500 кг. С 1970 года
эксплуатируются литенно-прокатные агрегаты для получения медной
проволоки производительностью около 10 т/ч с массой бунта, достигаю-
щей 3-5 т.
Агрегат непрерывного литья и прокатки алюминиевой катанки
диаметром 9 мм и более (рис. 141) имеет роторный кристаллизатор с
диаметром колеса 1500 мм для литья заготовки сечением 2880 мма
при скорости вращения колеса 2,2-2,5 об/мин. Жидкий металл из мик-
сера подается в желоб колеса кристаллизатора, обтянутый снаружи
стальной лентой. В закрытом таким образом желобе происходит крис-
таллизация металла, который в виде непрерывной заготовки направ-
ляется в прокатный стан. Перед станом имеются летучие ножницы для
обрезки переднего конца заготовки и аварийной порезки металла.
Стан состоит из 17 трехвалковых рабочих клетей, имеющих группо-
вой привод. На выходе из стана имеются летучие ножницы для деле-
ния полученной катанки на части в соответствии с принятой массой
бунтов. Стан обслуживает двухбарабанная автоматизированная мо-
талка.
Благодаря непрерывности нового технологического процесса дос-
тигается полная автоматизация производстиа, резко повышается произ-
водительность труда. Получение бунтов большой массы способствует
также повышению производительности труда при их переработке на
волочильных станах.
296
3. Элементы технологического процесса производства
сортового проката из цветных металлов я сплавов
На линейных проволочно-прокатных станах горячей прокатки при-
меняют следующие виды слитков или заготовок:
для меди “ горизонтально отлитый слиток трапецеидального сече-
ния (вайербарс) массой около 85 кг;
для натуней (медноцинковых сплавов) и бронз - вертикально от-
литый цилиндрический слиток массой около 65 кг;
для никеля и его сплавов - вертикально отлитый конический сли-
ток массой около 50 кг;
для алиминия и его сплавов - слиток или прессованная квадратная
заготовка массой 30-35 кг.
На полунепрерывных и непрерывных станах применяются заготовки
квадратного сечения со стороной 110-120 мм массой 100-400 кг.
Нагрев слитков и заготовок обычно производится в методических
печах. Для нагрева слитков из никеля, медноникелевых и никелевых
сплавов, требующих длительных выдержек в печи, применяют камер-
ные печи. На новых станах для нагрева заготовок используют электри-
ческие проходные печи. В ч. 1, п. 5 приведены данные о температурах
нагрева слитков из некоторых цветных металлов и. сплавов перед
горячей профильной прокаткой. Здесь же приведены данные о темпе-
ратурах конца прокатки для разных цветных металлов и сплавов,
которые устанавливаются по соответствующим кривым ударной вяз-
кости.
Величина применяемых частных вытяжек зависит от пластических
свойств металла, сопротивления деформации, захватывающей способ-
ности валков и может изменяться в довольно широких пределах
(табл. 27).
Обычно используются системы прямоугольных калибров, шести-
угольник - квадрат, ромб - квадрат, овал - квадрат, овал - круг. В
трехвалковых клетях литейно-прокатных агрегатов применяется сис-
тема калибров треугольник - треугольник. На рассмотренном выше по-
лунепрерывном стане 250 для прокатки меди и непрерывном стане 250
для прокатки алюминия в первых проходах применяют систему ящич-
ных калибров до получения ящичного квадрата со стороной 43 мм
при прокатке меди и со стороной 32 мм при прокатке алюминия. На
последующих клетях применяется система калибров шестиугольник -
квадрат до получения квадрата со стороной 17-19 мм. Затем перехо-
дят к системе калибров овал - квадрат до получения предчистового
овала и чистового крута.
Важную роль в технологическом процессе прокатки выполняет вал-
ковая и кантующая арматура. На поверхности проката недопустимо об-
297
Таблица 27. Пртмшяас® витяжки при горячей профилей прокатке
цветвых металлов н сплавов
Марке Величина средней вытяжки при прокатке
металла ---------------------------------------------------------------------
или ереднесор- мелкосортных профилей катанки
сплаве товых про- ••—"
филей обжимные промежу обжимные промежу отделочные
клети точные клети точные клети
клети клети
Ml 1,18-1,35 1,40-1,80 1,10-1,35 1,45-1,30 1,30-1,60 1,20-1,4
ЛБ8 1,15-1,30 1,25-1,50 1,10-1,35 1,30-1,60 1,20-1,40 1,15-13
BpOUW 1,15-1,30 1,20-1,40 1,12-1,25 1,25-1,50 1,20-1,40 1,15-1,3
Н1 1,15-1,50 1,22-1,45 1,15-1,50 1,25-1,50 1,18-1,35 1,15-1,3
Х20Н80 1,12-1,25 1,18-1,35 1,10-1,30 1,18-1,35 1,15-1,30 1,10-1,2
МНМиЗ-12 1,12-1,30 1,25-1,45 1,12-1,35 1,22-1,45 1,18-1,35 1,15-1,3
А1 1,18-1,35 1,30-1,75 1,15-1,30 1,40-1,80 1,3-1,35 1,10-1,35
Л18П — 1,18-1,35 1,10-1,30 1,20-1,35 1,2-1,4 1.12-1Д5
Ш — - - 1,25—1,50 1,2-1,35 1,12-1,25
Таблица 28. Оряеитировочпыетехнхкоексиамжчеекмепоказатели
произволе* профилей на цветных металлов сшивов
Наименование Расходный коэффициент металла Расход
группы металлов при производстве --------------------
или сплавов тепловой электро- воды,
катанки мслкосорт- средаесорт- энергии, энергии, мэ/т
ного подка- него подка- МДж/т кВт ч/т
та та
Медь Латуни, бронзы 1,010 1,030 1,015 1,040 1,020 1,050 ЙО 980 70 140 10
Медяоникелевые сшивы 1,040 - - 1500 150
Никель 1,040 1,050 — 1500 160
Никелевые сплавы 1,350 1,060 1800 180 —
Алюминий 1,020 1,030 1,040 980 — —
Алюминиевые сплавы 1,040 - 900
Цинк 1,040 — - 900 — —
разование царапин. При последующем волочении царапины не исче-
зают, а сохраняются, являясь не только поверхностными дефектами,
но и концентраторами напряжений. При прокатке алюминия скольже-
ние по поверхности арматуры приводят к налипанию металла на ар-
матуру и образованию грубых поверхностных дефектов проката. Поэ-
298
тому вместо арматуры скольжения применяют роликовую валковую
и кантующую арматуру.
При получении сортового проката из цветных металлов возможно
появление всех видов дефектов поверхности, геометрии профиля,
структуры и механических свойств, характеристика которых для сор-
тового проката из черных металлов приведена в предыдущих разделах,
Техяикмковомическме показатели производстве сортовых профилей из цветных ме-
таллов и сплавов в значительной степени зависят от типа стана, его сортамента. В табл. 20
приведены ориентировочные данные о технико-экономических показателях производст-
ва профильного проката для некоторых цветных металлов и сплавов.
Контрольные вопросы
1, На какие группы разделяют сортамент сортового проката из цветных металлов и
сплавов?
2. Дайте характеристику проволочно-прокатного стана линейного типа.
3. Опишите состав и расположение оборудования полунепрерывного мелкосортно-про-
волочного стана 250 для прокатки меда.
4. Опишите состав и расположение оборудования непрерывного проволочного стаяв 250
для прокатки алюминия.
5. Что представляет собой непрерывный литейно-прокатный агрегат для получения
алюминиевой катанки!
6. Какие виды слитков и заготовок используют на прокатных станах при получении
сортового проката из цветных металлов и сплавов?
7. Какие нагревательные устройства используют для нагрева слитков и заготовок на
провопочно-прокатных станах!
8, Какие системы калибров используют при прокатке сортовых профилей из цветных
металлов и сплавов!
Часть 111. ЛИСТОПРОКАТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Глава I. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ листопрокатного производства
1. Сортамент листового проката
Листовой прокат относится к наиболее экономичным видам металло-
продукции. Он очень удобен для изготовления различных деталей
методом штамповки и создания легких и прочных металлоконструк-
ций. Листы разных видов широко используются в транспортном маши-
ностроении, в частности в автомобильной промышленности, в судо-
строении, при производстве сельскохозяйственных машин, в электро-
технической промышленности и других отраслях народного хозяйст-
ва. Из листового металла выполняются многие предметы бытового
назначения. Следует отметить также, что листовой металл служит
299
полупродуктом (заготовкой) при производстве сварных труб и гнутых
профилей.
Сказанное объясняет тот факт, что во многих промышленно раз-
витых странах доля листовой продукции в общем объеме выпускае-
мого проката превышает 50-60%. В отечественной промышленности
доля листовой продукции в общей массе проката составляет немногим
более 40 % и в дальнейшем должна быть увеличена.
Листовой прокат классифицируют по многим признакам: геометри-
ческим размерам, химическому составу металла, уровню физико-
механических свойств, назначению и др.
При классификации листового проката по геометрическим разме-
рам учитывается его толщина, ширина и длина. Как уже отмечалось,
в зависимости от толщины весь листовой прокат делится на две основ-
ные категории: толстый лист (толщиной 4 мм и более) и тонкий лист
(толщиной менее 4 мм).
Толстые листы производят толщиной от 4 до 160 мм, шириной от
600 до 5300 мм, длиной до 38 м. Часть листов толщиной от 4 до 16 мм
(шириной до 2300 мм) выпускается в виде длинных полос, свернутых
в рулоны. Листы толщиной более 60 мм называют плитами; иногда их
толщина достигает 300-400 мм.
Отдельную категорию толстолистового проката представляет так
называемая универсальная сталь, прокатываемая на универсальных
станах с вертикальными валками в виде полос толщиной от б до 60 мм
и шириной от 200 до 1050 мм. Эти полосы имеют катаные кромки, что
исключает необходимость боковой обрезки.
Особенным многообразием отличается тонколистовая продукция.
Так, в стандартах на тонколистовую сталь выделяют такие ее виды,
как сталь конструкционная, декапированная (отожженная и травле-
ная), кровельная, нержавеющая, электротехническая и др. Специфи-
ческим видом тонколистовой стали является жесть, имеющая толщи-
ну 0,08-0,5 мм и выпускаемая, как правило, с антикоррозионным
покрытием. Чаще всего в качестве покрытия применяется олово;
луженую жесть называют белой жестью.
Тонколистовой прокат толщиной менее 0,1 мм называется фоль-
гой. Минимальная толщина фольги составляет 0,001-0,003 мм.
Прокатку листов разных видов осуществляют либо поштучно (от-
дельными карточками), либо в виде длинных полос, сматываемых в
рулоны. Рулонный способ производства является значительно более
прогрессивным и повсеместно вытесняет поштучный способ. При ши-
рине полос более 600-700 мм их называют широкими, а соответствую-
щие прокатные станы - широкополосными. Максимальная ширина
прокатываемых полос составляет 2300- 2500* мм. Относительно узкие
‘Имеются павы для прокатки алюминиевых полос с длиной Бочки валков 2800 мм.
300
полосы, шириной менее 300 мм (при толщине менее 2 мм) принято на-
зывать лентами.
Характеризуя сортамент листового проката по химическому сос-
таву, следует отметить, что основную массу его составляют стельные
лиспи При этом в сортаменте стальных листов основную часть зани-
мают листы из углеродистых (около 78 %) и низколегированных (20 %)
марок стали. Доля листов из легированных сталей составляет около
1 %, по она постепенно возрастает,
Широкое применение получили листы из рядовых (Ст1кп, Ст1пс,
Ст1сп, Ст2кп, Ст2пс, Ст2сп, СтЗкл, СтЗпс, СтЗсл и др.) и качественных
конструкционных (08кп, 08пс, 0810, 08Фкп, 08, 10кп, 10пс, 10, 15кп,
15пс, 15, 20кп, 20пс, 20, 25, 30) низкоуглеродистых сталей. К числу
распространенных низколегированных сталей относятся марки:
09Г2-16Г2, 12ГС-17ГС, 15ГФ, 09Г2Д, 09Г2С, 09Г2С1, 09Г2СД, 15Г2СФ,
14ХГС, 20ХГСА-35ХГСА, 10ХСНД, 15ХСНД и др.
Легированные листовые стали также очень разнообразны по хими-
ческому составу, по среди них можно выделить две особо крупные
группы: коррозионностойкие (нержавеющие) и электротехнические.
Коррозионностойкие стали содержат в своем составе большое коли-
чество хрома и никеля или только хрома. К первым (хромоникелевым)
относятся марки 08Х18Н10, 08Х18Н10Т, 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10,
12Х18Н10Т, 17Х18Н9, 12Х21Н5Т, 20Х23Н18 и др.; ко вторым (хромис-
тым) - марки 08X13-40X13,08X1 Л, 12X17 в др.
Электротехнические стали (динамные и трансформаторные) отли-
чаются высоким содержанием кремния (1,0-3,5 %) и очень низким
содержанием углерода (< 0,01 %). С увеличением количества кремния
и уменьшением углерода электромагнитные свойства этих сталей
улучшаются.
Листы из цветных металлов по объему производства значительно
уступают стальным листам; их доля составляет лить около 2 % в об-
щей массе листового проката. Однако народнохозяйственное значе-
ние этого вида продукции велико.
Основная масса цветного проката изготавливается из меди (Ml, М2,
М3) и ее сплавов - латуней (Л90, Л80, Л68, JK3, ЛО62-1, ЛС59-1,
ЛМц58-2 и др.), бронз (БрА5, БрА7, БрОЦ4-3 и др.), нейзильбера
(МНЦ15-20) и др. Также в больших и возрастающих количествах
производятся листы из алюминия (AN, АО, Al, А2, АЗ, АД, АД1) и его
сплавов - АМц, АМг, дуралюмина (Д1, Д16) и др. В частности, алюми-
ний является основным материалом для изготовления фольги. В от-
носительно небольших объемах выпускаются листы из никеля, тита-
на, свинца, цинка, олова, магния и некоторых других металлов.
Особым видом листовой продукции являются слойные листы, сос-
тоящие из разных металлов. Чаще встречаются двухслойные листы,
301
называемые биметаллом, реже - трехслойные. Такой материал обла-
дает полезным сочетанием свойств: основной, более дешевый металл
обеспечивает общую прочность изделия, а более дорогой, плакирующий
металл придает изделию дополнительные ценные свойства - высо-
кое сопротивление коррозии, износостойкость и др. Толщина плаки-
рующего слоя составляет 2-50 % от общей толщины биметалла. Наибо-
лее распространены следующие сочетания металлов в слойных листах-.
Основа Плакирующий слой
Углеродистая сталь Корроаиоиностойкая (нержавеющая) сталь
Низкоутлероднстая сталь Инструментальная сталь
Сталь Медь и медные сплавы
В цветной металлургии при производстве листов из дуралюмина
часто применяется плакирование их листами из чистого алюминия,
так как дуралюмин, обладая высокими механическими свойствами,
вместе с тем плохо противостоит коррозии. Плакированный дуралю-
мин называется алькледом.
Большое количество тонких стальных холоднокатаных листов (в
некоторых странах - до 40-50 %) выпускается с защитными и декора-
тивными покрытиями. Один из важных видов такой продукции уже
упоминался выше - это белая (луженая) жесть. Другим массовым ви-
дом является оцинкованная тонколистовая сталь. В качестве метал-
лов - покрытий используются также хром, алюминий, свинец.
Расширяется производство тонколистовой стали с неметалличес-
кими (полимерными) покрытиями, в качестве которых используются
различные лаки, краски, пластизоли, синтетические пленки. Нередко
выпускаются листы (полосы) с двойным покрытием: металлическим
и полимерным.
2. Требования к листовой продукции
Технические требования на каждый конкретный вид продукции
приведены в соответствующих ГОСТах или ТУ. Эти документы явля-
ются строго обязательными для предприятий-производителей.
В ГОСТах и ТУ указаны размеры прокатываемых листов и полос и
возможные отклонения от номинальных значений (допуски). В ка-
честве примера в табл. 29 приведены допуски на толщину горячека-
таных стальных листов и полос согласно ГОСТ 19903- 74 (до толщины
12 мм). Из табл. 29 видно, что для стальных листов предусмотрены
две категории точности прокатки: повышенная и нормальная. С уве-
личением ширины листов допуск также увеличивается. Для тонких
листов (< 3,9 мм) допускаемые отклонения в плюс и минус симмет-
302
..........
.......
.......шзшпнт
.......nm?
...«?»533535|m??
...
,,5|5§33S^5S|B|5|n?
55B|33g5O|3|3§S|S|5;S^
|ЗИ53533?5Э35В5|?ЛЛт?
®-В6з5зЗ®-?В355й5э й s 5
;
Таблиц* 30. Требсимвя к пжгкостяоети голилапмтжюй пжтоиов стаи
Категории плоскостности Максимальные отклонения от плоскости (мм) при
ширина низов или полос, мм
<1000 > 1000—1500 > 1500-1800, >1800
Особо высокая (ПО) 4 5 6 8
Высокая (ПВ) 8 8 10 10
Улучшения (ПУ) 10 12 15 15
Нормальная (ПН) 12 15 18 20
ричны относительно номинальной толщины, а для толстых листов
(> 3,9 мм) минусовый допуск значительно больше плюсового.
Во многих стандартах на листы из цветных металлов предусмотре-
на только одна категория точности по толщине, причем плюсового
допуска нет, введен только минусовый допуск.
В ГОСТах и ТУ указаны также допуски на ширину и длину прокат-
ных изделий. Полосы, выпускаемые в рулонах, не имеют строгих ог-
раничений по длине.
В процессе прокатки листов и полос, особенно тонких и широких,
часто образуются дефекты в виде волнистости и коробоватости. Поэ-
тому важным показателем качества листовой продукции является
плоскостность (плоншетносп), которая определяется по отклонению
листа от базовой плоской поверхности в миллиметрах на 1 м длины.
В стандартах СССР предусмотрены четыре категории плоскостнос-
ти (табл. 30).
К числу требований, характеризующих форму полос, относится
также требование по минимальной ребровой кривизне (серповидности),
которая не должна превышать Змм ва 1м длины или 10 мм на Зм
длины. Для некоторых видов продукции этот допуск бывает более
жестким.
В ГОСТах или ТУ приведен химический состав всех листовых метал-
лов. В некоторых случаях предъявляются определенные требования
к структуре металла в готовых листах. Например, при прокатке лис-
тов из средне- и высокоуглеродистых сталей глубина обезуглерожен-
ного слоя не должна превышать 2,5 % на сторону; суммарная толщина
обезуглероженного слоя не должна быть больше 4 % от фактической
толщины листа.
Имеются виды листовой продукции, для которых регламентирован
только химический состав металла, но в большинстве случаев стан-
дартами предусматривается также определенный уровень механичес-
ких свойств. К числу наиболее часто нормируемых показателей от-
носятся: предел прочности ов, предел текучести о„ относительное
304
удлинение 8, ударная вязкость КС, твердость НВ, HRB. Для более пол-
ной характеристики механических свойств предусматриваются раз-
личные технологические пробы: испытания на изгиб, на вылавлива-
ние лунки (проба по Эриксену), на перегибы и др.
Тонколистовая низкоуглеродистая сталь для холодной штамповки
по своим пластическим свойствам и назначению делится на ряд кате-
горий: ВОСВ - весьма особо сложная вытяжка; ОСВ - особо сложная
вытяжка; СВ - сложная вытяжка; ВГ - весьма глубокая; Г - глубо-
кая; Н - нормальная.
Листы, полосы и ленты из многих цветных металлов выпускаются
трех степеней твердости: мягкие (отожженные), полутвердые (полу-
птожженные) и твердые (неотожженные). Для некоторых видов листов
предусмотрена дополнительная степень - особо твердые.
Важное значение имеют требования, относящиеся к качеству по-
верхности листовой продукции. На поверхности листов и полос не
должно быть трещин, пузырей, плен, вмятин, грубых царапин, значи-
тельной рябизны, вкатанной окалины, шлаковых включений. Допус-
кается пологая зачистка дефектов, но ее глубина не должна выводить
продукцию за пределы минусовых допусков. По качеству отделки по-
верхности стальные листы подразделяют на четыре группы: I - особо
высокой отделки; П - высокой отделки; Ш - повышенной отделки;
IV - обычной отделки. Холоднокатаные листы выпускаются с поверх-
ностью 1-Ш группы отделки; горячекатаные - только Ш или IV группы.
Листы 1 группы могут иметь глянцевую или матовую поверхность
без следов коррозии и цветов побежалости. На поверхности допуска-
ются лишь отдельные мелкие риски длиной не более 20 мм, а также
участки разной тональности без резких границ. По требованию потре-
бителя листы и полосы поставляются с нормированной шероховатостью
поверхности в соответствии с ГОСТ 2789-73.
Для листов П-IV групп установлены менее жесткие требования
по количеству и вилам поверхностных дефектов. Горячекатаные лис-
ты Ш и IV группы могут поставляться в травленом или нетравпеном
состоянии. На поверхности нетравленых листов может присутство-
вать неотделяющийся тонкий слой окалины, не препятствующий обна-
ружению поверхностных дефектов.
Помимо отмеченных требований общего характера, к отдельным
видам листовой продукции, имеющим специальное назначение,
предъявляются особые, специфические требования. Например, листы
из коррозионностойких сталей проходят испытания на межкристал-
литную и интеркристаллитную коррозию, для электротехнических
сталей предусматривается определение магнитных и электрических
свойств и т.д.
305
К-123
3. Исходные материалы листопрокатного производства
Для станов горячей прокатки исходным материалом служат слитки,
катаные и непрерывнолитые слябы. В случае получения листов из
алюминия и других цветных металлов на литейно-прокатных агрега-
тах исходным материалом является жидкий металл,
В черной металлургии горячая прокатка листов ведется в основном
из слябов. Слитки применяются главным образом при производстве
особо толстых листов (плит), толщиной более 50-60 мм; при этом мас-
са слитков достигает 40-100 т.
В цветной металлургии в настоящее время слитки являются ос-
новным исходным материалом, хотя они и вытесняются постепенно
непрерывнолитыми слябами. В этой отрасли широко применяются
слитки малого развеса, массой менее 1-2 т, а иногда и менее 100 кг.
Во всех случаях листовые слитки имеют плоскую форму: отношение
ширины к толщине составляет 2-3 и более (такие слитки называют
’’плюшками”). Для получения необходимой структуры и высоких
механических свойств металла толщина слитков должна не менее чем
в 15-20 раз превышать толщину готовых листов.
Состояние поверхности слитков существенно отражается на качестве
проката. На поверхности слитков должны отсутствовать продольные и
поперечные трещины, надрывы, пояса, завороты, плены, крупные
неметаллические включения и другие дефекты. При обнаружении та-
ких дефектов слитки подвергаются ремонту (зачистке). Слитки мно-
гих цветных металлов и некоторых легированных сталей подвергаются
сплошной зачистке путем строжки, фрезерования или шлифовки.
Слитки некоторых металлов, например дуралюмина, перед нагревом
и прокаткой проходят термическую обработку (гомогенизацию).
Слябы представляют собой плоские заготовки прямоугольного се-
чения, толщиной 100-350 мм, шириной 600-2500 мм, длиной 1,2 - 14 м,
массой до 45 т. Катаные слябы получают прокаткой на слябингах и
блюмингах. Литые слябы получают на МНЛЗ разных типов. Примене-
ние литых слябов обладает рядом преимуществ: такие заготовки более
однородны по химическому составу и структуре, себестоимость их
ниже, чем катаных. Отношение толщины литого сляба к толщине гото-
вого листа должно быть не менее 5-8 для рядовых углеродистых ста-
лей и 8-10 для легированных сталей;в будущем^озможно, эти предель-
ные значения могут быть снижены.
Имеются технологические схемы, при которых слябы сразу же
после прокатки на слябинге в горячем состоянии поступают на широ-
кополосный стан. Однако гораздо чаще применяется другая схема:
после прокатки на слябинге или блюминге слябы охлаждают, осмат-
ривают и удаляют обнаруженные поверхностные дефекты.
306
Получили распространение машины огневой зачистки (МОЗ), уста-
навливаемые непосредственно за обжимным станом. На МОЗ осущест-
вляется сплошное сжигание поверхностного, наиболее пораженного
дефектами, слоя металла толщиной 1-1,5 мм. Горение железа проис-
ходит в результате подачи струи кислорода на раскаленную поверх-
ность металла. МОЗ обладают высокой производительностью, могут
работать в аятоматическом режиме; однако при использовании МОЗ
значительно возрастает расходный коэффициент металла.
Для удаления местных дефектов при выборочном ремонте слябов
применяют различные способы ручной зачистки: огневую, абразивную,
механическую (вырубка пневматическими зубилами). Слябы из спе-
циальных сталей (коррозионностойких, жаропрочных, инструменталь-
ных) подвергают сплошной зачистке путем строжки, фрезерования
или шлифования. Непрерывнолитые слябы из алюминиевых сплавов
и других цветных металлов также проходят операцию фрезерования.
Заготовкой для станов холодной прокатки служат горячекатаные
полосы (в отдельных случаях - горячекатаные листы). Толщина ис-
ходных полос чаще всего составляет 2-5 мм при производстве сталь-
ных листов и 3-12 мм при производстве листов из цветных металлов.
Обычно горячекатаные полосы поступают в цеха или отделения холод-
ной прокатки в рулонах.
Некоторые цветные металлы, например латуни и бронзы с большим
содержанием свинца, обладают низкой пластичностью в горячем сос-
тоянии. Поэтому они подвергаются только холодной прокатке, кото-
рая ведется непосредственно из слитков толщиной 25-50 мм.
Контрольные вопросы
1. Назовите предельные размеры толстых листов.
2. Что такое универсальная полосовая сталь?
3. Какова максимальная ширина полос, прокатываемых на широкополосных ставах?
4. Какую продукцию называют жестью?
5. Что такое фольга? Какова ее минимальная толщина?
5. Из каких металлов производится основная масса листового проката?
7. Что такое биметалл? Назовите распространенные виды биметалла.
8. Какие антикоррозионные покрытия применяются при производстве тонколистовой
стали?
9. Дайте характеристику допусков на толщину липового металла. Всегда ли плюсовые
и минусовые допуски являются одинаковыми (симметричными)? Как изменяется величи-
на допуска с увеличением ширины листов?
1D. Какие категории гошппетности листов предусмотрены в стандартах СССР?
11. Назовите примерные мичения допусков на ребровую кривизну (серповидное»)
полос.
12. Какие показатели механических свойств металлов наиболее часто содержатся в
ГОСТах?
13. На какие катв-ории по способности к вытяжке делится тонколистовая низкоугле-
родистая сталь, предназначенная для холодной штамповки?
307
20’
14. Как подразделяются лист по качеству отделки поверхности?
15. Назовите основные исходные мкгериапы при горячей прокатке листов и полое в
черной и цветной металлургии.
16. Укажи» предельные размеры слябов.
17. Назовите достоинства и недостатки машин огневой зачистки (МОЗ).
18, В каких случаях применяется сплошная зачистка пов^хности слитков или слябов
методами строжки, фрезерования или шлифовки?
19. Что служит заготовкой для листовых станов холодной прокатки?
Глава П. горячая прокатка листов
иполос
1, Типы станов горячей прокатки
Горячая прокатка листовой подукции производится в основном на
станах двух типов: толстолистовых и широкополосных. На этих ста-
нах выпускается свыше 90% всего горячекатаного листового прока-
та. Толстолистовые станы служат для прокатки только толстых листов,
а широкополосные - для прокатки и тонких, и толстых полос.
По числу рабочих клетей толстолистовые стоны подразделяются на
одноклетевые и двухклетевые. Применяются клети с разным коли-
чеством валков: двухвалковые (дуо), трехвалковые (трио Лаута),
четырехвалковые (кварто) и унинерсальные (с горизонтальными и
вертикальными валками). Клети дуо, кварто и универсальные почти
всегда бывают реверсивными.
Одноклетевые стоны дуо имеют валки диаметром D = 600 * 1250 мм
С длиной бочки = 750 4500 мм; скорость прокатки составляет
vB = 0,5 + 3,0 м/с. Станы такого типа получили распространение в цвет-
ной металлургии. В черной металлургии в настоящее время такие
станы считаются устаревшими и применяются редко. Их главный
порок состоит в том, что ребочая клеть является недостаточно жесткой;
значительный прогиб валков приводит к увеличению поперечной
разнотолщинности листов.
Одноклетевые трехвалковые станы (трио Лаута) отличаются тем,
что средний валок имеет меньший диаметр, чем верхний и нижний
(схема 3 на рис. 4). Размеры валков находятся в пределах: диаметр
верхнего и нижнего DB>H - 600 + 1000 мм, диаметр среднего = 450 *
4- 780 мм, длина бочки Lg - 1200 * 3830 мм- Применение среднего вал-
ка уменьшенного диаметра позволяет снизить усилие прокатки и
соответственно увеличить обжатие за пропуск. Средний валок - не-
приводной; он вращается за счет соприкосновения с одним из край-
них валков и прокатываемым металлом. Скорость прокатки vB =
= 1,0 + 3,5 м/с.
308
Станы трио Лаута обладают тем преимуществом, что позволяют
вести прокатку в прямом и обратном направлении без изменения
направления вращения валков; следовательно, создается возможность
применения простых приводных двигателей переменного тока. Вмес-
те с тем станам этого типа присущи многие недостатки: малая жест-
кость валковой системы, повышенный износ среднего валка, необхо-
димость применения подъемно-качающихся столов, ударные нагруз-
ки в момент захвата раската при большой (постоянной) скорости вра-
щения валков. В настоящее время в черной и цветной металлургии
работает несколько десятков одноклетевых станов трио Лаута, на ко-
торых прокатывают листы толщиной 4-32 мм. Новые станы этого ти-
па не устанавливают.
Одиоклетевые четырехвалковые стены (кварто) - это современные,
технически совершенные станы, предназначенные для прокатки осо-
бо широких и толстых листов. Максимальные размеры валков таких
станов: рабочие Dp = 1200 мм, опорные = 2400 мм, длина бочки
L6 = 5500 мм. На этих станах прокатывают листы шириной до 5300 мм,
толщиной до 200-400 мм. За рубежом имеются станы кварто с раздвиж-
ными станинами. Это позволяет при прокатке более узких листов при-
менять вапки с более короткой бочкой, что способствует повышению
точности листов по толщине.
Как было отмечено, к числу одноклетевых толстолистовых станов
могут быть отнесены универсальные стоны, имеющие горизонтальные
и вертикальные валки и предназначенные для получения листов (по-
лос) с катаными кромками. Однако на таких станах прокатывают лишь
относительно узкие и толстые полосы, обычно шириной менее 1000 мм
и толщиной выше 6- 7 мм, так как при значительном боковом обжатии
широких полос теряется их поперечная устойчивость. Универсальные
станы применяют редко.
Большое распространение получили двухклетееые толстолистовые
станы с последовательным расположением черновой и чистовой клети.
Эти станы имеют более высокую производительность, чем одноклете-
вые, и, кроме того, позволяют получать листы с более качественной
поверхностью, так как грубая печная окалина удаляется при прокатке
в черновой клети.
Конструкции клетей и составе двухклетевых станов могут быть
разными. Встречаются следующие сочетания клетей:
черновая клеть дуо, чистовая клеть трио Лаута;
черновая и чистовая клети трио Лаута;
черновая клеть трио Лаута, чистовая клеть кварто;
черновая клеть дуо, чистовая клеть кварто;
черновая и чистовая клети кварто.
Клети трио Лаута, как отмечалось выше, обладают малой жесткостью
309
валковой системы и имеют другие недостатки. Поэтому в составе но-
вых двухкпетевых толстолистовых станов такие клети не использу-
ются. В последнее время строятся только станы 4- и 5-го типов, причем
предпочтение отдается последнему.
Самые крупные двухклетевые станы имеют в своем составе клети
кварто с рабочими валками диаметром £)р = 1000 > 1200 мм, опорными
валками Don = 2000 * 2200 мм при длине бочки до Lg = 4800 мм. На та-
ких станах можно прокатывать листы шириной до 4600 мм. Часто пе-
ред черновой клетью устанавливают достаточно мощную клеть с вер-
тикальными валками диаметром DBiB = 900-1100 мм, назначение ко-
торой - устранение исходной разноширинности слябов и снятие конус-
ности слитков (если используются слитки). Поперечное обжатие в кле-
ти с вертикальными валками также способствует взрыхлению окали-
ны на поверхности металла; затем окалина удаляется гидросбивом.
При наличии двух клетей с горизонтальными валками и клети с вер-
тикальными валками толстолистовые станы иногда называют трех-
клетевыми.
Широкополосные станы горячей прокатки делятся на три типа:
непрерывные, полунепрерывные и реверсивные стоны с печными мо-
талками.
Непрерывные широкополосные станы в большинстве случаев состоят
из 10-15 основных клетей, расположенных последовательно и разде-
ленных на черновую и чистовую группы. В черновую группу входят
4-7 клетей, большая часть из них - четырехвалковые универсальные,
но применяются также и двухвалковые клети. В каждой клети осу-
ществляется только один пропуск. Чистовая группа состоит из 6-8 кле-
тей кварто. В эту группу поступают уже достаточно длинные полосы
и прокатка здесь ведется непрерывным способом. Более подробно
структура непрерывных широкополосных станов описана в п. 9 настоя-
щей главы.
Полунепрерывные широкополосные стоны отличаются от непрерыв-
ных тем, что вместо нескольких клетей в черновой группе они имеют
одну или две реверсивные клети, где осуществляется необходимое
число черновых проходов.
Станы с печными моталками являются наиболее компактными по
сравнению с другими широкополосными станами горячей прокатки.
Они состоят всего из одной или двух реверсивных клетей. Если стан
двухклетевой, то первая клеть - черновая, дуо или кварто, универ-
сальная. Основвой является вторая клеть (кварто), оборудованная
барабанными моталками, находящимися в печах. Такое устройство
стана позволяет вести прокатку при почти постоянной температуре
металла.
Помимо двух основных типов листовых станов горячей прокатки -
310
толстолистовых и широкополосных - применяются, хотя и в неболь-
ших масштабах, станы других конструкций.
В промышленности стран СНГ еще сохранились и эксплуатиру-
ются тонколистовые линейные двухвалковые станы штучной про-
катки. Заготовкой для этих станов служит так называемая сутунка,
представляющая собой карточки толщиной 4—30 мм, шириной 150-
400 мм и длиной до 1200 мм. Длину сутунки выбирают с учетом шири-
ны готовых листов, так как она раскатывается в лист в поперечном
направлении. Сутунку получают из полос, прокатанных на сортовых
(сутуночных) или полосовых станах, а иногда вырезают из толстых
листов. Тонколистовые клети дуо имеют валки диаметром D * 550 +
+ 800 мм при длине бочки LB = 750 + 1500 мм. Стан состоит из одной
или нескольких клетей, расположенных в линию и работающих от
общего двигателя. Особенностью конструкции этих клетей является то,
что онн имеют только один приводной валок (нижний). Для черновой
прокатки иногда применяются клети трио Лаута. Перед прокаткой
сутунки нагреваются в методических, конвейерных или камерных
печах. При конечной толщине листов менее 2 мм прокатка в чистовых
пропусках ведется пакетом.
Описанный способ штучной горячей прокатки тонких листов на
двухвалковых линейных станах следует считать устаревшим. Станы
такого типа постепенно выводятся из эксплуатации.
За рубежом получили некоторое распространение планетарные
станы, предназначенные для прокатки как узких, так и широких
(до 1300 мм) полос. Большим преимуществом этих станов является
возможность осуществления очень интенсивной деформации металла
за один пропуск. Планетарные станы могут работать в комплексе с
МНЛЗ. Более детальная характеристика планетарных станов приведе-
на в п. 16 настоящей главы.
Наконец, следует отметить, что в цветной металлургии для произ-
водства листов из алюминия и других металлов все более широко
применяются литейно-прокатные агрегаты. Схемы таких агрегатов
описаны в п. 17.
2. Расположение оборудования толстолистовых станов
Сначала рассмотрим состая и расположение оборудования однокле-
тевого толстолистового стана с основной рабочей клетью кварто
(рис. 142). Для нагрева слябов применяются методические печи 1. В
случае использования тяжелых слитков для их нагрева служат нагре-
вательные колодцы или камерные печи 2. Деформация металла начи-
нается с поперечного обжатия в клети с вертикальными валками 3,
однако наличие такой клети не является обязательным. Основная
311
Рж. 141 Типжчия схем* рюпвпвжеяия оборудования одноклвмпого толооинстового
стая»:
J - нагревательные методические печи; 2 — нагревательные колодцы или клмерные печи;
3 — клеть с вертикальными валками; 4 - реверсивная клеть квярто; 5 - ропимлравиль-
ная машина горячей правки; 6 - холодильник; 7 - инспекционный стеллаж; 8 - ножницы
для обрезки концов; 9 — ножницы продольной резки; 10 — термическая (нормализатион-
ная) печь; 11 - ножницы поперечной резки; 12 - роиикоправильная машина холодной
деформация осуществляется в реверсивной клети кварто 4 за необхо-
димое число пропусков. После прокатки листы проходят правку в
горячем состоянии на роликоправильной машине 5, поступают на хо-
лодильник б, а затем - на инспекционный стеллаж 7 для осмотра и
выявления дефектов. После этого производится обрезка концов лис-
тов на ножницах 8 и боковых кромок на ножницах 9. Если по техно-
логии предусмотрена продольная резка листов в потоке, то для этого
устанавливаются еще одни ножницы. Часть листов подвергается тер-
мической обработке (нормализации), для чего служит печь 10. В за-
ключение листы проходят поперечную резку на мерные длины на нож-
ницах 11 и холодную правку на роликоправильной машине 12. Зачистка
дефектов на поверхности листов производится на отдельных стелла-
жах. Техническая характеристика некоторых одноклетевых толстолис-
товых станов приведена в табл. 31.
На рис. 143 показана схема расположения оборудования двухклете-
вого толстолистового стона 2800 конструкции УЗТМ*. Аналогичные
станы установлены на ряде комбинатов (Алчевском, Орско-Хаяи-
ловском, Череповецком). Станы предназначены для прокатки листов
толщиной 8-50 мм, шириной 1500-2500 мм, длиной до 20 м.
Слябы нагреваются в трех методических печах 1. В состав прокат-
ного стана входит клеть с вертикальными валками 2, черновая двух-
валковая клеть 3 и чистовая универсальная четырехвалковая клеть 4.
Все клети реверсивные. Размеры валков и мощность рриводных дви-
*Уральский завод тяжелого машиностроения.
312
313
1520 + 900x1340 + 2300X1750 + 23001
314
Рж. М3. Типичны схема расположения оборудования лвуххлиевсго толстолистового
стана:
1 - нагревательные мет одические печи; 2 - клеть с вертикальными валками; 3 - черновая
реверсивная клеть дуо; 4 - чистовая реверсивная универсальная клеть кварто; 5 - ролико-
правильные машины; 6, (а — стеллажи-холодильники; 7 - инспекционные столы с кантова-
телями листов; S - разметочные тележки; 9 - гильотинные ножницы поперечной резки;
10,11 - дисковые, гильотинные яажвицы; 12 - уборочные карманы; 13 - отдельно стоящие
гильотинные ножницы; 14 - печь для термообработки листов
гателей указаны в табл. 31. После прокатки листы правятся на ролико-
правильных машинах 5. Охлаждаясь на холодильнике 6, листы вместе
с тем перемещаются на вторую технологическую линию стана, а затем
через холодильник 6а - на третью линию. Здесь листы проходят ос-
мотр на инспекционном столе 7 и разметку с помощью специальвой
тележки 8. Поперечная резка листов производится на гильотинных
ножницах 9, а обрезка‘боковых кромок - на дисковых ножницах 10.
При прокатке листов толщиной более 15 мм обрезка боковых кромок
выполняется на продольно расположенных гильотинных ножницах 1Г,
для этого листы с третьей линии снова передаются на вторую. Готовые
листы собираются в карманах 12. Дополнительная порезка листов может
производиться на отдельно стоящих ножницах 13. Для термической
обработки продукции используется печь 14.
Далее в качестве конкретного примера рассмотрим состав и распо-
ложение оборудования стана 3600 комбината "Азовсталъ” - одного
из лучших современных толстолистовых станов (рис. 144).
Стан предназначен для прокатки листов толщиной 5-50 мм, шири-
ной 2000 + 3300 мм и длиной до 28 м из непрерывно литых слябов раз-
мерами 110 * 250 х 1100 + 1900 х 2300 * 3400 мм, массой до 16 т, а также
плит толщиной 50-200 мм из слитков массой до 37 т.
Нагрев слябов осуществляется в пяти методических четырехзон-
ных печах, снабженных устройствами для безударной выдачи слябов.
Производительность печи 125 т/ч. Для нагрева слитков служат четыре
группы нагревательных колодцев.
Нагретые слябы или слитки сначала обжимаются в клети с верти-
кальными валками (D « 900 мм; L6 = 1400 мм; мощность привода
315
3600 кВт). Проектом предусмотрена установка перед этой клетью го-
ризонтального двухвалкового окалиноломателя (D = 1250 мм).
Черновая клеть кварто имеет валки размерами; диаметр рабочих
Dp = 1130 мм; диаметр опорных Dm = 1800 мм; длина бочки - 3600 мм.
Каждый рабочий валок приводится но вращение от отдельного электро-
двигателя мощностью 6920 кВт; скорость прокатки до б м/с.
Чистовая клеть кварто имеет валки размерами: Dp » 1030 мм; Dm
1800 мм; 1б = 3600 мм. Валки вращаются от двух двигателей мощ-
ностью по 8800 кВт. Максимальное усилие прокатки составляет 68,9 МН.
Характерной особенностью рассматриваемого стана, как и других
современных толстолистовых станов, является широкое использова-
ние разнообразных средств термической обработки с целью повышения
качества продукции. Для закалки листов в потоке после чистовой кле-
тв установлена роликозакалочная машина (охлаждение металла ве-
дется струями воды под давлением 0,88 МПа). Нормализация листов
в потоке осуществляется в трех нормалнзациониых печах с ролико-
вым подом производительностью по 187 т/ч. Для термической обработ-
ки листов вне потока установлены две дополнительные закалочные
печи (линии). Для замедленного охлаждения и термической обработки
плит толщиной 50-200 мм используются камерные печи с выдвижным
подом.
В состав стана 3600 входит также многочисленное и разнообразное
отделочное оборудование: холодильники, правильные машины горя-
чей и холодной правки, ножницы разных типов, зачистные устройст-
ва и др. Порезка плит ведется на агрегатах огневой резки.
Проектная производительность стана 1,75 млн. т/год.
В табл. 31 приведена техническая характеристика еще нескольких
двухклетевых толстолистовых станов.
3. Технология прокатки толстых листов
Технологический процесс производства толстых листов на одно-
и двухклетевых станах включает следующие основные операции: за-
чистку поверхности слябов или слитков, нагрев металла, горячую
прокатку, правку, охлаждение, резку, зачистку поверхностных де-
фектов на листах. Часто в технологический процесс включается тер-
мическая обработка (рис. 145).
Подготовка слябов и слитков к прокатке рассмотрена в гл. I, п. 3.
Нагрев слябов и мелких слитков ведется в трех-, четырех- и пяти-
зонных методических печах толкательного типа или с подвижным
подом, в частности с шагающими балками. Крупные слитки нагрева-
ются в колодцах или камерных печах с выдвижным подом. Топливом
для печей служит газ (природный, коксовый, доменный, генератор-
317
tfOXO$H4U
материал;
слябы, слитки
I Зачистка I
поверхности
Нагреб
I Горячая I
| прокатка
| РраВка |
[ Охлаждение |
Резка
Рж. 145. Основные технологические операции при производстве листов на толстолистовых
станах
Рж. 1+6. Формоизменение раската при прокатке в вертикальных валках:
а - схема начальной стадии прокатки; б - вид прокатанной полосы в плане
ный) или мазут. Иногда, главным образом в цветной металлургии,
применяются электрические нагревательные печи.
Ориентировочные температуры нагрева различных металлов перед
прокаткой приведены в гл. 1, п. 5. Длительность нагрева зависит от
химического состава металлла, размеров слябов или слитков, конст-
рукции печей, вида топлива, а также от исходной температуры загру-
жаемого металла (холодный или горячий всад). При холодном всаде
время нагрева слябов из углеродистой стали в методических печах
обычно бывает не менее 2 ч. По требованиям технологии прокатки
неравномерность распределения температуры по объему сляба не
должна превышать 20 °C.
Нагретые до заданной температуры слябы (или слитки) по одному
выдаются на подводящий рольганг, по которому идут на стан. Рас-
318
смотрим процесс прокатки на двухклетевом толстолистовом стане,
оборудованном клетью с вертикальными валками. Некоторые осо-
бенности прокатки на одноклетевых станах будут отмечены отдельно.
Вначале нагретый сляб (слиток) поступает в клеть с вертикальными
валками, где производится, как правило, один пропуск. Клеть с вер-
тикальными валками выполняет несколько функций: взрыхление
окалины для облегчения ее удаления с поверхности металла; устра-
нение исходной разноширинности слябов и боковой конусности слит-
ков; периодическая калибровка раската по ширине при прокатке его
в черновой клети. Для достаточно полного удаления окалины необ-
ходимо, чтобы пластическая деформация проникала на всю ширину
раската. Как показывают исследования, это достигается при боковом
обжатии не менее 50- 60 мм.
Следует отметить, что использование вертикальной клети наряду
с положительными эффектами дает и отрицательные последствия.
Установлено, что при деформации в вертикальных валках происходит
сужение переднего конца прокатываемой полосы (рис. 146). Это объяс-
няется повышенным обжатием и удлинением приконтактных слоев
металла при отсутствии передней внешней (жесткой) зоны. Длина
зауженного конца полосы 1у (рис. 146) составляет приблизительно
700-1100 мм; разность в большинстве случаев находится
в пределах 10-100 мм. Таким образом, прокатка в вертикальных вал-
ках сама приводит к некоторой разноширинности раската. В связи
с этим использование вертикальной клети не всегда целесообразно.
Перед поступлением раската в черновую клеть взрыхленная ока-
лина сбивается с его поверхности струями воды под давлением 10-
20 МПа.
Прокатка в черновой клети может осуществляться по различным
схемам. Это зависит от соотношения размеров слябов (слитков) и
готовых листов. Вообще возможны четыре схемы прокатки (рис. 147);
простая продольная схема; простая поперечная схема; продольная
схема с поперечной разбивкой (раскаткой) ширины заготовки; попе-
речная схема с предварительными продольными пропусками (про-
тяжкой).
Простые схемы а и б применимы лишь при условии, что ширина
сляба Ьсл (схема о) или его длина (схема 6) равна заданной ширина
листа (с учетом необходимой боковой обрези). На практике такие
схемы встречаются редко. В большинстве случаев ширина и длина сля-
бов (слитков) бывают меньше ширины листов. Это вынуждает приме-
нять более сложные схемы прокатки вне. Рассмотрим эти схемы
более подробно.
Продольная прокатка с разбивкой ширины заготовки. Как видно
319
Рж. 147. Схемы проклки толстых листов:
а - простея продольная; б - простея поперечная; в — продольная с разбивкой ширины за-
готовки; г — поперечная е предварительными продольными пропусками (протяжкой);
Z, U, Ш - стадии лроцесм прокатки
из рис. 147, в, в этом случае процесс прокатки состоит из трех стадий.
Сначала выполняются 2-4 продольных пропуска с целью выравнива-
ния толщины раската и получения более правильной формы листа.
Эта первая стадия прокатки (I) называется протяжкой. Суммарный
коэффициент вытяжки A-j на этой стадии обычно находится в преде-
лах 1,1-1,6.
Вторая стадия прокатки (II) начинается с кантовки раската на 90*
в горизонтальной плоскости. Прокатка ведется в поперечном направ-
лении до получения необходимой ширины листа (с учетом последую-
щей боковой обрези). Эта сталия называется разбивкой ширины рас
кото. Суммарный коэффициент вытяжки при разбивке ширины Хц обыч-
но составляет 1,7- 3,9.
На старых одноклетевых станах трио Лаута операция разбивки ши-
рины выполняется методом прокатки на угол Схема такой прокатки
показана на рис. 143. Чем меньше угол задачи ф, тем интенсивнее про-
исходит разбивка ширины заготовки при одном и том же обжатии. Ши-
рину раската при прокатке на угол определяют по формуле И.М. Пав-
лова:
v ьвх,
bi = - ------(207)
V 1 + яп3Фв(Х? - 1)
320
hr. 148. Сима прокмки на угол (прямой обратный пропуски)
где kt = h0/hi - коэффициент вытяжки в данном пропуске (формула
написана для первого пропуска, см. рис. 148).
На практике угол задачи ф чаще всего принимается в пределах 10-
20*. Преимущество задачи на угол заключается в том, что нагрузка
на валки нарастает более плавно, уменьшаются удары в линии при-
вода валков. Кроме того, несколько улучшаются геометрические ус-
ловия захвата, так как передний угол заготовки легко обминается.
Эти обстоятельства имеют существенное значение для' станов трио
Лаута, где захват осуществляется на относительно высокой, нерегули-
руемой скорости. Вместе с тем задача на угол приводит к искажению
формы раската в плане (образованию ромбичности), а также увеличи-
вается цикл прокатки с разбивкой ширины. Для уменьшения искаже-
ния формы раската в плане угол задачи через каждые 1-2 прохода из-
меняется на противоположный (см. уголы фп и Ф1 на рис. 148). Все же
обрезь листа в конечном итоге получается повышенной. На современ-
ных толстолистовых станах, имеющих мощные рабочие клети и регу-
лируемое число оборотов валков, прокатка ва угол почти не приме-
няется.
После получения необходимой ширины раската его вновь кантуют
на 90* и начинается Ш стадия прокатки - продольные пропуски до
выхода ва конечную толщину листа.
Поперечная прокатка с предварительной протяжкой. В этом случае
321
21-123
процесс прокатки состоит из двук стадий (рис. 147, г). Сначала выпол-
няются продольные пропуски до тех пор, пока длина раската не ста-
нет равной ширине готового листа с припуском на боковую обрезь.
Затем раскат кантуют на 90* и вся последующая прокатка ведется
в поперечном направлении.
Выбирая ту или иную схему прокатки - продольную или попереч-
ную, надо учитывать их преимущества и недостатки. Можно отметить
следующие преимущества поперечной схемы: повышается произво-
дительность стайа, так как отпадает необходимость в одной кантовке;
уменьшается различие механических свойств металла в продольном
и поперечном направлениях (анизотропия свойств); несколько сокра-
щается боковая обрезь. Существенным недостатком поперечной схемы
прокатки является то, что длина сляба не может быть больше ширины
листа. Кроме того, практика показывает, что при поперечной дефор-
мации возрастает количество расслоений и рванин на боковых кром-
ках листов. Продольная схема прокатки более универсальна, она имеет
меньше ограничений по размерам слябов и применяется чаще. Попе-
речная схема на практике применяется в основном тогда, когда необ-
ходимо обеспечить высокий уровень изотропности механических
свойств.
На двухклетевых станах прокатка в черновой клети в большинстве
случаев ведется за 5-11 пропусков. Периодически раскат возвраща-
ется в клеть с вертикальными валками для поперечного обжатия с
целью устранения выпуклости боковых кромок и выравнивания
раската по ширине. В чистовой клети прокатка ведется за 5-9 пропус-
ков. На стане одновременно находятся два раската: один прокатыва-
ется в черновой клети, другой - в чистовой. Наивысшая производитель-
ность достигается тогда, Когда время прокатки в черновой и чистовой
клетях одинаково.
На одноклетевых станах суммарное число пропусков должно быть
нечетным, чтобы после конечного прохода лист оказался на перед-
ней (выходной) стороне стана.
В процессе горячей прокатки с поверхности металла интенсивно
удаляется окалина с помощью установок гидросбива. Температура
конца прокатки для листов из углеродистых и низколегированных
сталей должна находиться в пределах 800-900 °C, за исключением
случаев так называемой контролируемой прокатки, о которой будет
сказано ниже.
После прокатки листы проходят правку в горячем состоянии на
роликовой правильной машине (7-13 роликов). Листы охлаждаются
на рольгангах-холоднлъннках, состоящих из ребристых роликов,
и на холодильниках шлепперного типа, на которых осуществляется
поперечное перемещение листов. Нередко применяется дополнитель-
322
пая правка листов в холодном состоянии. Охлажденные листы подвер-
гаются контрольному осмотру и разметке. Обрезка передних и задних
концов листов, а также поперечная резка их на мерные длины произ-
водятся на гильотинных ножницах. Для обрезки боковых кромок лис-
тов толщиной меньше 26 мм применяются дисковые ножницы; для
более толстых листов с этой же целью используются продольно уста-
новленные гильотинные ножницы. Резка толстых стальных плит про-
изводится газовыми резаками. Обнаруженные поверхностные дефек-
ты на листах зачищаются с помощью наждачных станков или други-
ми способами.
Примерно 40-50% то лето листов ой продукции подвергается терми-
ческой обработке с целью улучшения структуры и механических
свойств металла. Применяются различные виды термической обра-
ботки: нормализация, отжиг, отпуск, закалка, закалка с отпуском.
При производстве листов из низкоуглеродистой и низколегированной
стали чаще всего применяется нормализация, которая заключается
। нагрева металла до температуры на 20-50 "С выше линнн Лс3 (900-
950’С), выдержке при этой температуре и охлаждении на воздухе.
При нормализации устраняется наклеп, полученный в последних
пропусках, и структуре металла становится мелкозернистой; в резуль-
тате повышаются относительное удлинение и ударная вязкость.
Отжиг отличается от нормализации более длительной выдержкой
при заданной температуре и, главное, медленным охлаждением (в
печи).
Закалка, напротив, отличается высокой Скоростью охлаждения
(в воде, иногда в масле, растворах солей или на воздухе). После закал-
ки часто производится отпуск, который заключается в нагрева до тем-
пературы ниже линии4С1 (при высоком отпуске до 450-700 °C) с после-
дующим регулируемым охлаждением. В результате закалки с отпус-
ком прочностные свойства стали возрастают на 15-60%, а также по-
вышается ударная вязкость.
Термическую обработку листов осуществляют главным образом в
проходных роликовых печах, в меньших объемах - в камерных и
колпаковых печах. Проходные печи часто устанавливают в потоке ме-
талла на стане. Для выполнения операции закалки применяются ро-
лико-закалочные машины, закалочные прессы и баки.
В последние годы получила развитие термомеханическая обработка
листовой стали. В этом случае листы подвергаются закалке с прокат-
ного нагрева сразу же после выхода из валков чистовой клети, пока
металл еще сохраняет значительное деформационное упрочнение.
Одним из вариантов термомехаяической обработки можно считать
контролируемую прокатку, сущность которой состоит в том, что на
завершающей стадии прокатка ведется при низких температурах с
323
относительно высокими обжатиями. Если, например, температура
конца прокатки в черновой клети составляет около 1000 *С, то перед
задачей в чистовую клеть листы подстуживаются до 800- 850’С. В пос-
ледних пропусках прокатка ведется с обжатиями 15-20%. Деформа-
ция заканчивается при 700-750'С. Контролируемую прокатку при-
меняют в основном при производстве листов из низколегированных
сталей, достигая существенного повышения механических свойств,
в частности ударной вязкости металла. После контролируемой прокат-
ки дополнительная термическая обпаботка, как правило, не приме-
няется.
В некоторых случаях технологический процесс производства го-
рячекатаных листов завершается травлением или дробеметной обра-
боткой поверхности с целью удаления окалины.
4. Методика расчета режимов деформации при прокатке
толстых листов
Рациональный режим деформации должен обеспечивать максималь-
ную производительность стана, высокое качество продукции и мини-
мальные показатели расхода металла и энергии. Расчет режима дефор-
мации включает:
1. Определение массы и размеров слябов или слитков (если они
не заданы).
2. Выбор схемы прокатки (продольная, поперечная, смешанная).
3. Распределение обжатий по пропускам, определение числа пропус-
ков.
4. Назначение скоростных и температурных параметров прокатки.
Необходимая масса сляба тт определяется по формуле:
П)ел = тлпл^рл» (208)
где тя - масса одного готового листа; пл - число листов, получающихся
из одного сляба; fcp<M - расходный (фабрикационный] коэффициент
металла.
Значения расходного коэффициента крл| для слябов и слитков из
разных металлов приведены в § 19 настоящей главы.
Если ширина сляба равна ширине листа Ьп с припуском на боко-
нуюобрезь
Ьет = Ьв + (120 *210) мм, (209)
то толщина сляба йи определяется из выражения:
~ ^ппп^рл> (210)
'ел
324
где hn и 1Я - соответственно толщина и длина готового листа; - дли-
на сляба; к'рл| - расходный коэффициент металла без учета боковой
обрези.
Если же равенство (209) не соблюдается и в схему прокатки входят
поперечные пропуски, то применяется формула:
рл* (120 + 210)] «я и
hen = --------Г ; h лОл^ра*. (211)
йагсл
Возможные схемы прокатки рассмотрены в предыдущем параграфе.
Остановимя на весьма важном вопросе о распределении обжатий
по пропускам. Прежде всего, в каждом пропуске должен быть обес-
печен надежный захват металла валками. Иногда в первых пропусках
именно условия захвата ограничивают величину возможного разового
обжатия. Из известного в теории прокатки условия начального зах-
вата находим:
Ah пит ®stnsx^pmifi “ (212)
где ааПит - максимальный угол захвата (равен углу трения при зах-
вате 0Э); Яр min ~ радиус рабочих валков (минимальный, с учетом пе-
реточек); о - пружина рабочей клети.
Если пренебречь пружиной клети, то имеем:
АЬпит ЯЗПИХ ^pulin' (213)
Практика свидетельствует, что при прокатке в клетях с регулируе-
мой скоростью максимальный угол захвата составляет: на стальных
палках аЭпит = 20 -5- 22* (0,35 + 0,38 рад), на чугунных валках аатах =
- 17-5-18* (0,30 + 0,31 рад). При прокатке в клетях трио Лаута вели-
чина asmax не превышает 14-5- 16’ (0,24 + 0,28 рад), так как захват осу-
ществляется на относительно высокой, постоянной скорости и обычно
применяются чугунные валки.
В большинстве пропусков на толстолистовых станах величина б-
катия ограничивается либо допустимым усилием прокатки (прочное ю
валков), либо допустимым крутящим моментом (мощностью привод-
ных двигателей).
Определение допустимого усилия прокатки [Р] по прочности валков
зависит от типа рабочей клети. Сначала рассмотрим расчетные форму-
лы для клетей дуо и трио. Исходя из прочности бочки валка расчет
ведется по формуле:
0,4Ра[оя]
1б + 1ш-озь’
где [Он] - допускаемое напряжение на изгиб; D - минимальный (с уче-
325
том переточек) диаметр бочки валков клети дуо или приводных (край-
них) валков клети трио Лаута; £б, 1ш - соответственно длина бочки
и шейки валка; Ь - ширина раската (листа).
При определении допустимого усилия прокатки по прочности шейки
валка надо учитывать не только напряжения изгиба оя, но и напряже-
ния кручения ткр. Результирующее напряжение ор рассчитывается
по формулам:
для стальных валков
"р V а ’ + з Pis)
для чугунных валков________
Ор = 0,375 ои + 0.625 V OJ + 4 т’р. (216)
Величину напряжений оии ткр определяют по формулам:
Ткр
(218)
где Мкр - крутящий момент, приложенный к шейке валка; d - диаметр
шейки.
Приближенно, пренебрегая моментом от сил трения в подшипниках
валка, можно принять, что крутящий момент на шейке Мкр равен
крутящему моменту на бочке валка Мир, который составляет:
М„р = РФ Id,
где Ф - коэффициент плеча момента.
При прокатке толстых листов допустимо принять ф = 0,5. С учетом
сделанных допущений формула (218) приводится к виду:
Pld
Mi»'
После подстановки значений ои и ткр из (217), (220) в формулы (215),
(216) и преобразования последних находим допустимое усилие про-
катки по прочности шейки:
для стальных валков
(219)
(220)
[р]в.
У’ш + RAh
(221)
326
для чугунных валков
Р,4ДЭ(2^У^^ 4ЛДЯ-1,5>ш)[ор]
+ 6,25 Я ДЛ
(222)
При определении допустимого усилия прокатки в клетях кварто
применяются формулы:
где Dm и Ls.on - диаметр и длина бочки опорного валка; don и -
диаметр и длина шейки опорного валка.
В клетях кварто крутящий момент, необходимый для осуществле-
ния прокатки, передается через шейки рабочих валков. Прочность
шеек на скручивание также ограничивает величину усилия прокатки.
Используя формулу (220), получим:
М dp fap]
(225)
где dp и Яр - соответственно диаметр шейки и радиус бочки рабочего
валка; [ткр] - допускаемое напряжение на кручение.
В расчетах по формулам (214), (221) - (224) допускаемые напряжения
[ои], [ор] принимаются в зависимости от материала валков, МПа:
Материал валков:
чугунные................................................... 70—М
чугунные легированные...................................... W-M
стальные питые....................................... 100-120
кованые на ереднеуг леродастой стали................... 100-120
кованые на высокоуглеродистой стали.................... 120—130
кованые на легированной стали.......................... 140-150
Допускаемое напряжение на кручение [ткр] принимается: для чу-
гунных валков 76- 80 МПа; для стальных валков 80-100 МПа.
При расчете режима деформации во всех проходах должно быть
обеспечено условие
Р < Ш
(226)
где [Р] - это минимальное расчетное значение допустимого усилия
прокатки.
Используя формулу
327
i1' РфЫй'РсрЬУкДЬ, (227)
находим:
Ал"“Ч (£?)’•
Среднее контактное давление р^ может быть рассчитано по одной
из известных в теории прокатки формул: А.И. Целикова. А.А. Королева,
М.Я. Бровмана и др. Однако следует отметить, что величина р^, сама
зависит от обжатия Дй, т.е. формуна (228) является незамкнутой.
Поэтому расчет максимально допустимого обжатия Ahmur приходится
вести методом последовательных приближений (методом итераций).
В тех пропусках, в которых фактор формы очага деформации l^/hcp
меньше единицы, при расчете р^, необходимо учитывать влияние внеш-
них зон.
При определении среднего контактного давления на станах трио
Лаута в расчетах следует использовать приведенный радиус валков
Яир-’
Кщ, = % = «,«,/(»* + Яа), (229)
где Яа - соответственно радиусы среднего (малого) и крайнего
валков.
Как было отмечено выше, величина обжатий может быть ограниче-
на допустимым крутящим моментом или мощностью приводных дви-
гателей. Это относится, в первую очередь, к начальной стадии про-
катки, к черновым проходам.
Крутящий момент на валу приводного двигателя Мот обычно пред-
ставляют в виде суммы его составляющих;
= гм'пр + ± Мда, (230)
где М lip - момент прокатки для одного валка; M'jp - момент сип тре-
ния в подшипниках и передаточных механизмах главной линии ста-
на (при действии усилия прокатки); М^х - момент холостого хода;
Мда - динамический момент, возникающий при изменении скорости
вращения валков (в период разгона входит со знаком ’’плюс”, в период
паления скорости - со знаком "минус”).
Все слагаемые выражения (230) должны быть приведены к валу
двигателя (это обозначается значком ’’штрих”). Момент прокатки для
одного валка вычисляется по формуле (219). Приведенный к валу дви-
гателя момент прокатки будет:
М'пр=-^, (231)
328
где i- передаточное число главной линии стана.
Для более точного определения величины Мир по формуле (219)
коэффициент плеча момента Ф рекомендуется рассчитывать по эмпи-
рической формуле М.М. Сафьяна:
Ф = 0,498 - 0,0283 (232)
ер
Если Itf/hep < 1, то значение ф следует принимать в пределах 0,5-
0,6. Методы расчета других составляющих выражения (230), то есть
М тр, W'x.x и М дан, рассматриваются в курсе оборудования прокатных
цехов.
Рассчитанный момент на валу двигателя Мот ни в одном пропуске
не должен превышать допустимого момента:
Мдв [кпМвдм], (233)
где Мщы - номинальный момент двигателя по паспорту или катало-
гу; кп- предельный коэффициент перегрузки.
Для реверсивных двигателей постоянного тока кп = 2,5 * 2,75 (опре-
деляется по каталогу).
Помимо оценки кратковременной перегрузки двигателя, произво-
дится проверка его на нагрев. Для этого необходимо построить нагру-
зочную диаграмму, то есть график изменения нагрузки в каждом
пропуске и на протяжении всего цикла прокатки. Перед построением
нагрузочной диаграммы устанавливается скоростной режим прокатки,
рассчитывается машинное время всех пропусков и определяется про-
должительность пауз.
Скоростной режим прокатки в реверсивных клетях в основном ха-
рактеризуется графиками (тахограммами), приведенными на рис. 149.
В связи с тем, что при прокатке и коротких (а), и длинных (б) раскатов
на тахограммах имеются участки с переменной скоростью вращения
валков, момент на валу двигателя на протяжении пропуска изменя-
ется. Усредненный (экиивалентный, среднеквадратичный) момент
в одном t-том пропуске опрепеляется по формуле:
где Мдъ} - момент на отдельных участках тахограммы: Ту - продол-
жительность у-того участка тахограммы (тх, т3,...); т,- - продолжитель-
ность пропуска (т, = т, + т,3 + т3 + т4 + т8).
Эквивалентный момент для всего цикла прокатки будет:
(235)
329
Рж. 149. графики измеяеяия углоэсй скорости валкая на протяжении пропуска:
а - при прокатке коротких раскатов; б - при прокатка длинных раскатов; и3, Ыщдг н
йв - угловая скорость валкая соответственно при захвате, максимальная в данном про-
пуске и при выбросе; TL - т, - время прокатки на отдельных участках тахограммы
где tXiXj - продолжительность холостого хода в r-том пропуске; тц -
время цикла прокатки одного раската (такт прокатки).
Нагрузка двигателя по нагреву считается допустимой, если соблю-
дается условие Идвлхв Миом. Это же условие может быть представ-
лено в виде ограничения по мощности двигателя:
Мдвлкв Ииом ^да> (236)
где ыиом - номинальная (основная) угловая скорость двигателя.
На заключительной сталии прокатки, в последних пропусках, ве-
личина обжатий уменьшается с учетом необходимости получения ров-
ных (планшетных) листов. В последнем, чистовом пропуска величина
абсолютного обжатия в большинстве случаев составляет 1-3 мм. При
прокатке широких листов толщиной менее 10 мм в последнем пропус-
ке часто применяется операция проглаживания: лист пропускается
между валками без их дополнительного сближения, а иногда даже с
небольшим разведением ("подрывом”) валков. В отдельных случаях
проглаживание проводится в двух последних проходах. Операция
проглаживания способствует уменьшению поперечной разнотолщин-
ности и улучшению плоскостности листов.
При прокатке на двухклетевых станах суммарное обжатие в чер-
новой клети составляет 70-85% от полного суммарного обжатия, в
чистовой клети - 15-30%. Такое распределение обжатий (с учетом
длины раскатов) соответствует условию примерного равенства циклов
прокатки в черновой и чистовой клети.
Составной частью разработки режима деформации является опре-
330
деление температуры металла по пропускам. Расчет падения темпе-
ратуры At перед каждым следующим пропуском может быть выпол-
нен по формуле:
АГ 0,0021 -7-. (ВД
\ КО I h0
где t - температура раската в предыдущем пропуске, ’С; т - время
предыдущего пропуска и последующей паузы, с: Ао - толщина раската
после предыдущего пропуска, мм.
Падение температуры металла в каждом пропуске также может
быть рассчитано по формуле В.А. Тягунова:
По методике В.А. Тягунова можно найти температуру металла в
любом t-том пропуске, если иэвест'сн общий перепад температуры за
весь пикл прокатки:
(ад
где t0 и К - температурные константы; А,-., - толщина раската перед
i-тым пропуском.
Значения t0 и К определяются по формулам:
к-
"в - «Кч
где tH> *к - температура начала и конца прокатки, *С; Ао, Ак., - толщи-
на металла перед первым и последним пропусками, мм.
5. Примерный расчет режима деформации при прокатке
листов не двухклетевом стане 2800
Задано рассчитать режим обжатий при прокатке листов размерами 20 *2400 X 6000 мм
из слябов 100 * 1050 * 1000 мм; материал - сталь 25. Основная характеристика мана 2800
приведена в табл. 31. Некоторые дополнительные сведения по стану будут приведены по
ходу расчета.
Поскольку размеры заготовки в данном случае являются заданными, сраау начинаем
с выбора схемы прокатки. Первый начальный пропуск осуществляется в вертикальной
клети. Затем принимаем два продольных пропуска в черновой клети для получения дли-
331
вы раската, равной ширине готового листа (е учетом боковой обрети). Поела этого произ-
водится кантовка раската на 9!Г и все остальные проходы выполнятся как гщпергчяыь
Полное суммарное обжиме составляет:
ДЛц 180-20 а 160 мм.
Распределение обжатий между черновой и чистовой клетями принимав* соответствен-
во 80 % и 20 %. Таким образом, суммарное обжине в каждой на зпа клетей буди:
Дйхчерн= 1И,°’М " 120мм:
Ай?—— " 160 - 0,80 = 32 мм.
“чист
Принимав* округленно А^У^ц " 130 мм; *30 мм.
Задаемся величиной обжпжя в вертикальазй клети Леверт “ 30 мм- Тогда ширина
заготовил поста: прокатки в вертикальной клети буди:
Ьо - 1050 - 50 - 1800мм.
Рассчитаем нагрузку на вертикальные валки. Находим длину очага деформации (С--. =
= 1М0мм, см. табл. 31):
/,гвчя " V50D-50 - 150мм.
Определяем фактор формы:
^п-п, 2-150
—E2L. _ - _ q J54
Ьер 1050 + 1000 U’1S*,
В этом случае для расчета среднего контактного давления может Выть иагольэована
формуле Целикова—Смирнова (103).
Найдем величину предела текучести металла ог. Предварительно необходимо опреде-
лил, глубину проникновения пластической деформации с каждой стороны полосы Адл-
Дня этого может Выть использована формула И.Я. Тарновского я В Л. Котельникова:
*их“ l^Vbra‘d, (242)
где AM - толщина сляба.
Находим:
Апо - 1,5 V ЮО-150 - 253 мм.
Определяем условнее (ипоситепьвое оВеиек
Скорость прокатки в вертикальной клети на сиде составляет т», = 1 м/с. Находим
скорость деформации:
Принимав* начальную температуру прокатки tB = 1200 ‘С.
Для определения предела текучести о, используй* данные и методику ВЛ. Зюзина*
*Трепяков АЛ., Зюзин ВЛ. Механические свойства металлов а сплавов при обработке
давление*: Справочник. - М.: Металлургия, 1973.
332
Базовое значаите предела текучести для стали 25: 0^ = 84 МПа. По соответствующим гра-
фикам находим значедия прмсмехлнических коэффициентов:
*f я 0,68; кЕ = 0,98; ки - 0,85.
Определяем предел тедучесси:
О, > Оадк,кеки - 84 - 0,68 - 0,98 - 0,85 = 48 МПа.
С помощью формулы (11В) рассчитываем среднее контактное дммпяие
Рср - 48 (О,IMF’»* = 101 МПа.
Находим усилие прокатки и крутящий момент на одном валка:
Ажрт = РерА«Чир» ’ »1 -180-150 - 2,87- Ю’кН (293т).
Ввиду малой величины фактора формы принимаем коэффициент плеча момента ф *
= 0,6. Тшда получим:
Vю-ммя т«н-м (27,?,чй.
По найдедным значениям силы прокатки и крутяща-о моыапа можно проверить проч-
ность вертикальных валков п загрузку их двигателя.
Слздущщнй йап расчета — рйетредепедне обжатий прн прокатке в черЕсзой клети.
Выше отмечено, что первые два прохода имеют целью увеличение длины раската до ши-
рины будущею листа с учетом обрезки кромок. Принимаем припуск на боковую обрезь
150 мм. Тогда длина раската после второго продольного прохода должна быть:
I, - 2400 + 150 » 2550 мм.
Определяем суммарный коэффициент вытяжки за два продольных прохода:
ha
Толщина раската после 2-го прохода будет.
180
~ " 1И““'
Обжатие за два первых прохода составит:
Ahlj2 = 180-127 > 53мм.
Распределяв* обжине на проходам: Ahi-26 мм; ДЬг=27мм.
Проверим возможное обжатие по условию начального захвати. Принимаем яэтпах
- 20* - 0Д5; минимальный диаметр валков Omin=1К0 мм. По формуле (213) находим:
Ahmax = (0Д5)г525 - 64 мм.
Выбранные обжатия A h * и Aha намного мевьоте Ahj^ по условию захвата.
Исходя из прояиоетя валков по формулам (214) и (221) определяем предельно допусти-
мое усилие прокатки (ои=140 МПа; d=690 мм; 1ш - 855 мм):
1'1,
0,4-ПВО*-140
по прочя&ггй тпейкй
333
8,4 • 00’ • 140
[Лш -т -------------- 213-10’кН = 2170 т.
VS55’ + 525 27
Принимаем [Р] = 205 • 10* кН = 2100 т.
Далее рассчитывав* знергоеиловые параметры прокатки по проходам. Во всех прохо-
дах должно соблюдаться условиеР< [Р].
iпроход
25 100
ДЛ, - 26мм; 8, - — - 8,144 » 14,4%; h, - 100 - 26 - 154мм; 1, = — - 1,17;
/26 -----
I, - 1800 1,17 - 2100 мм; а, - / - 0,222 = <dj - JS25 • 26 117 мм;
'd, 2 117
~— - ------------ - 8,70,
41 180 + 154
В этом и последующих проходах среднее контактное давление Будем рассчитывал по
формуле М.Я. Бровмана (184), принимая я - 0,5; b = 1, Формула (104) справедлива в преде-
лах 0,5 < ld/h^ <2.
Сначала определяем вынужденный предел текучести о* 1,15 от. для этого необходи-
мо знал температуру и скорость деформации. Падение температуры металла за время
прокатки в вертикальной клети и перемещения к черновой клети находим по форму-
ле (237), Имеем:
Т1 " ТВ + трол«
гда 1в - время прокатки в вортикальяой клети; троп - время перемещения раската по
рольгангу.
Длина рольганга составляет 1р(Н1- 8 м (по характеристике стана). Принимаем скорость
рольганга Тр^ " 1,2 м/с. Находим:
'рол ” 'сл 8000 -1800
Т₽0"в ’рол ’ 1200 "512е;
ti- 1,8 + 5,2 -7с;
f, = 1200 - 4 - 1196 "С.
Принимаем скорость прокатки в I проходе т, = 1 м/с. Рассчитываем скорость деформации:
»i Ah, Ю00
По графикам В.й. Зюзина находим термомеханические коэффициенты:
kt - 0.68; ке - 1,08; ки - 0,86.
Далее определяем предел текучести, среднее контактное давление и усилие прокатки:
334
<JT1 - М-0,60 • 1,08 - 0,86 -S3МПа;
О* t - 1,15 OTl < 1,15 -53-61 МПа;
Рt - РСР1 lftt b0 • 65 V575 -26- 1000 = 79,4 • 10якН - 810Т.
При расчета силы Л длина очага деформации принята для случая прокатки а валках
максимального диаметра (Стах 3 Н50 мм). Как видно на расчета, Рi < [Р].
Коэффициент ппета мсметта ф определяем по формуле (232):
ф - 0,498 - 0,0233 0,7 - 0,48
Крутящий момент на бочке одного валка составляет:
мпр, п Я,4- 10я*0,48’/575 - 26-10-3 - «бкН-м - 47^т-м.
П проход
27 154
Ah, - 27мм; еа - — - 0.175 - 17,5%; ha - 154-27 - 127 мм; X, - — - 1,213;
1а - 2180 • 1,213 2550 мм; аа - J~~ 0,227 - 13’00'; - У 525 • 27 - 119 мм;
fda 2 • 119
hc₽J 154+127
та - X, + Хп,
гда Tj - машинное время в первом проходе; тп - время паузы.
1а 2180
7, " ТЙГ *2с'
Принимаем время паузы Тп - 2с (по заводским данным); тогда получим та - 4 с; по
формуле (237) Ata ~3 "С; ta-1196 -3 »1193 Т.
Задаемся скоростью прокатки во U прохода та ° 1,5 м/с. Находим скорость деформации:
Определяем по графикам ВЛ. Зюзина термомехашгаеские коэффициенты: к* 0,68;
ке -1,14; ки- 0,88.
Рассчитываем эиергоеиловые параметры прокатки:
0^ - 84 - 0,60 1,14 0,80 - 57 МПа;
о?а - 1,15 - 57 - 66 МПа;
(ms *
Ра - 67 ^575 • 27• 1И? - 83,5-10акН - 852т;
335
'i < Pt
Ф = 0,498 - 0,0283 - 0,85 - 0,47;
мпраж B93-Ю= 0,47 /575 - 27-10-’ - 489кН-м - 49,9 тс-м.
Поел 2-го прохода раскат кантуется на 90*; все последующие проходы - поперечные
(Ь = 2550 мм).
Определим ориентировочно допустимое разовое обжатие по условию прочное™ вал-
ков, используя формулу (228). Допустим, что рц, ’ 70 МПа. Находим:
1 / 205 10= \а
яП^йГ) =“
Ш проход Принимаем с небольшим запасом Ah, ° 20 мм. Далее рассчитываем: е, =
20 127
- — - 0,158 15,8%; h3 = 127 - 20 - 107мм; *э - в 1Д* !з “ 1мв ' 1.» "
/ 20 ----- *d, 2 -102
-1190мм; «з - / ~ = 0,195 - 1110'; - /525 - 20 - 102 мм; — - -
= 0,87.
С учетом кантовки принимаем тп-5е;
2550
’ жГ ‘5 * ’«•
По формуле (237) находим:
At я» 5‘С;
*э - 1193 - 5 = 1180’С;
1500
“» = “ЙГ0’”3 2’5е’1’
к( ” 0,68; fce - 1,12; ки = 0,98;
о1э - 84-0,68-1,12-0,88 « 56 МПа;
о?э = 1,15 - 56 - 65 МПа;
Ps = 66/575 - 20 - 2550 = 180-№кН = 1840т;
>з <
ф - 0,498 - 0,0283 0,87 = 0,47;
«прз " 180-Ю2 - 0,43/575-20 - 1Г’ - 9О7кН-м = 92,6т-м.
Аналогично ведется расчет пеформзциоинъа, кинематических и энергосиловых па-
раметров во всех последующих проходах. Сводные данные расчета приэе®ны в табл. 32.
При распределении обнагий в чистовой клети стремились к тому, чтобы усилие про-
кея® во всех основных проходах находилось примерно на одном уровне. С этой целью
была сделаны предварительные, "пристрелочные* расчеты. В предпоследнем претуске об-
336
;? = = = =
5" Я Т М 03 I сч О', * О Л « 'О’ <л
Й2 л 8SSSSSS зкея
я Е5 sslslll §||s
к cj г?
5 sssssnn ЗЖ§5
Ы со tn t* *о оо m о m а «-« V)
ой vi<nw)*nmtom ^х> t— t'
§ aS§3ESs «зЗз
2 м «ц м « м м Я W _-1
2-12J
337
жатке принято небольшим (3 мм), как это чьего имеет место из практике. Чиповой про-
пуск принят проглаживающим.
В дополнение к проведенным расчетам проверяется загрузка главных двигателей ста-
на по максимальному крутящему моменту и по нагреву. Выбранные обжатия должны
удовлетворять условиям (213) и (217). Для определения эквивалентного момента по фор-
муле (235) необходимо построить нагрузочную диаграмму для всего цикла прокатки в
данной клети.
6. Материал и профилировка валков толстолистовых
станов
Прокатные валки являются рабочим инструментом, с помощью ко-
торого осуществляется деформирование металла. От качества валков
зависит точность выпускаемой продукции, состояние ее поверхности,
производительность прокатного стана. К числу основных требований,
предъявляемых к прокатным валкам, относится высокая прочность
и износостойкость, а также придание им такой формы, которая обес-
печивала бы минимальную (допустимую) поперечную разнотоллщн-
ность листов.
На листовых станах горячей прокатки широко применяются чугун-
ные валки, как более износостойкие и дешевые. Стальные валки при-
меняются липл, тогда, когда это необходимо по условиям прочности
или условиям захвата. Конкретные сведения по материалам валков,
применяемым на толстолистовых станах, приведены в табл. 33.
Находят применение составные опорные валки, состоящие из сталь-
ного сердечника и чугунного бандажа (толщиной 2ЙО-250 мм). Такие
валки сложны в изготовлении, однако они позволяют сочетать свойст-
ва высокой прочности и износостойкости.
В процессе прокатки под действием возникающих усилий валки
упруго пригибаются (рис. 150). В результате прогиба зазор между вал-
ками приобретает чечевицеобразную форму. Прогиб валков клетей
дуо (рис. 150, а) больше, чем клетей кварто (рис. 150, б), но и в послед-
нем случае он обычно бывает соизмерим с допуском на поперечную
разного лщинность листов.
Помимо прогиба, на форму зазора между валками влияет ряд дру-
гих факторов. В зоне контакта рабочих валков с опорными, а также
между рабочими валками и полосой происходит сплющивание валков.
Если бы давление по длине бочки валков распределялось равномерно,
то сплющивание не влияло бы на форму валкового зазора. В действи-
тельности, однако, давление вдоль бочки валков почти всегда распре-
деляется неравномерно, причем в большинстве случаев давление
посередине бочки выше, чем по краям. Соответственно распределя-
ется сплющивание валков, усугубляя чечевицеобразность валкового
зазора.
338
Таблица 33. Матожвовалков:
Тип стана, назначение аалков Материал валков Твердость бочки, USD (по Шору)
Одаоклотевые станы дуо Стальные кованые из сталей SOXH, 55Х, 60ХН, 30-55 60ХГ или чугунные полутвердые из магниево- го или никелемагниевого чугуна
Двуклетевые станы: черновые клети дуо рабочие валки черно- вых клетей кварто рабочие валки чисто- вых клетей кварто опорные валки Трио Лаута; верхние и нижние валки Аналогично предыдущему 30-55 Чугунные с отбепжным слоем, иногда из ле- 60-70 гироминого чугуна Стальные кованые из сталей 50ХН, 9ХФ 45-50 Чугунные магниевые полутвердые или с отбе- 40-60 ленным споем; стальные кованые из сталей S0XH, 60ХГ
средние валки Чугунные с отбеленным слоем 60-65
Существенным фактором является неравномерный по длине бочки
разогрев валков в процессе прокатки. Как правило, средняя часть
бочки разогревается сильнее, чем краевые участки. В связи с этим
образуется тепловая выпуклость валков. Она в той или иной мере
компенсирует искажение формы валкового зазора, вызванное проги-
бом и сплющиванием валков.
При выборе исходного (станочного) профиля рабочих и опорных вал-
ков необходимо учитывать действие всех вышеуказанных факторов.
Кроме того, надо учитывать износ валков, который также распрепе-
Рж. 150. Схемы прогиба валков клетей дуо (в) и кварто (б)
339
Рж. 151. Виды профилировок валков:
« - цилиндрическая; б - вогнутая; в - выпуклая; г - конусно-выпуклая
ляется вдоль бочки валков неравномерно. Придание листовым валкам
определенной формы называется их профилировкой. В зависимости
от соотношения упругой деформации валков и величины их тепловой
выпуклости исходный профиль бочки валков может быть принят ци-
линдрическим, выпуклым или вогнутым (рис- 151). При этом всегда
преследуется цель получения листов с минимальной поперечной раз-
нотолщинностью'.
Валки одноклетевых толстолистовых станов дуо чаще всего изго-
тавливают выпуклыми или конусио-выпуклыми. Величина выпуклости,
понимаемая как разноси, диаметров посередине и у края бочки, при-
нимается до 1-2 мм.
Валки черновых клетей дуо и кварто обычно выполняются цилинд-
рическими или с небольшой вогнутостью. При этом обеспечивается
устойчивое положение раската в валках, хотя он и приобретает слег-
ка выпуклый профиль.
В чистовых клетях кварто рабочие валки часто изготавливают с
вогнутостью до 0,4-0,5 мм, а опорные валки - цилиндрическими
или выпуклыми. Иногда по краям бочек опорных валков делают ско-
сы длиной 300-500 мм с уменьшением диаметра на 3-4 мм. Этим
достигается более равномерное распределение давлений вдоль бочки и,
соответственно, более равномерный износ.
На станах трио Паута применяются различные варианты профили-
ровки валков, но в основе почти всех их лежит одна и та же идея:
по мере выработки (износа) валков производить замену только сред-
него валка, увеличивая его выпуклость. Например, по одному из
* Более подробно теория профилировки валков изложена в гл. IV, п. 5.
340
he, 152. Вил •яувчиых' (о) и "клетчатых* (5) валков
вариантов крайние валки изготавливают цилиндрическими, а сред-
ний - выпуклым. После прокатки определенного количества металла,
когда поперечная разнотолщинность листов становится недопустимой,
устанавливают новый средний валок с повышенной выпуклостью.
Так поступают несколько раз. Когда необходимая выпуклость среднего
валка достигает 2- 2,5 мм, производят замену всей тройки валков.
Проработавшие определенное время валки после извлечения из
клети подвергаются переточке или перешлифовке на специальных
станках до восстановления заданного профиля. Величина съема тела
валка (по диаметру) за одну переточку (перешлифовку) составляет
0,5-3 мм. Суммарное уменьшение диаметра валков за всю кампанию
работы, то есть после нескольких переточек, не превышает 10 %.
На некоторых двухклетевых станах с целью лучшего удаления
окалины с поверхности металла в черновых клетях применяются вал-
ки с рифленой поверхностью - ’’лунчатые” или ’’клетчатые” (рис. 152).
Наличие такого рифления на поверхности валков способствует взла-
мыванию окалины. Вода, замыкаясь в углублениях и превращаясь
в пар, способствует разрушению и удалению окалины ларовзрывным
способом. Глубина лунок на валках должны быть не более 2-5 мм,
так как иначе возможно появление дефектов в виде мелких плен
и чешуи на поверхности металла. ’’Клетчатые” валки изготавливают
путем наплавки валиков высотой 2- 3 мм и шириной 10- 20 мм по винто-
ной линии под углом 45- 60* к оси валка. Стороны клеток (квадратных
или ромбических) имеют размер 30- 50 мм.
’’Клетчатые” валки более просты в изготовлении, чем ’’лунчатые”,
341
и, кроме того, оставляют меньшее количество дефектов на поверхности
металла. Поэтому применение ’’клетчатых” валков более рационально.
7. Производство биметаллических листов
Как уже отмечалось, биметаллические листы относятся к катего-
рии особо эффективных видов металлопродукции, так как объединяют
в себе ценные качества: достаточно высокую прочность, обеспечивае-
мую относительно дешевым основным металлом, и некоторые спе-
циальные свойства, принадлежащие плакирующему металлу, - сопро-
тивление коррозии, износостойкость и др.
В общем объеме производимых биметаллических листов первое
место занимают корроэионностойкне биметаллы, особенно компози-
ция ’’углеродистая сталь + коррозиониостойкая (нержавеющая) сталь”.
Толщина плакирующего слоя в этом сочетании обычно составляет
5-25%.
Все методы производства биметаллических листов можно разделить
на три группы:
1. Прокатка двухслойных слитков, образованных путем заливки
основного металла в изложницу со вставкой пластины плакирующего
металла.
2, Прокатка заготовок-пакетов, составленных из специально подго-
товленных пластин.
3. Прочие методы (сварка взрывом, наплавка, спайка и др.).
На рис. 153 показана схема получения двухслойных слитков. В
Рж. 153. Сха<а образования одинарного (а) и двойного (б) двухслойного слитка:
1 - изложница; 2 - пластина плакирующего металла; 3 - подставки; 4 - распоокщ 5 -
разделительный спой
342
Рж. 154. Составные слябы (пакеты), применяемые для прокатки биметаллических листок
а - одинарный; б — двойной; I - основной металл; 2 - плакирующий металл; 3 - разде-
лительный елой; 4 - упорные прокладки; 5 - герметизирующие сварные швы
изложницу 1 вставляется одна или две пластины плакирующего ме-
талла 2; они опираются на подставки 3 и закрепляются распорками 4.
Затем в изложницу заливается жидкий основной металл. Соединение
слоав происходит как в процессе кристаллизации, так и при последую-
щей совместной интенсивной пластической Деформации. При полу-
чении двойного слитка (рис. 153, б) между пластинами плакирующего
металла наносится слой промежуточного вещества 5 (например, окиси
хрома). Иногда применяется и другая технология формирования двух-
слойных слитков: два различных металла заливают в одну изложницу
с перегородкой, которую по мере затвердевания среды удаляют.
Подученные елейные слитки прокатывают на обжимном стане в
слябы. После обрезки и зачистки слябы нагревают и прокатывают
на обычном толстолистовом стане. Если слиток был двойным, то после
обрезки кромок лист разделяют на два отдельных двухслойных листа.
Заключительные отделочные операции включают термическую обра-
ботку, травление, правку.
Рассмотренные литейные методы производства биметаллических
листов относительно просты и позволяют получать крупные слитки;
в этом заключаются их преимущества. Однако онн применимы лишь
для ограниченного набора металлов и характеризуются большими
расходными коэффициентами. Кроме того, качество поверхности лис-
тов, прокатанных из слитков, невысокое.
Наиболее распространенным является метод производства двух-
слойных листов путем прокатки составных заготовок-пакетов (рис. 154).
Чаще всего применяются двойные симметричные пакеты (рис. 154,6)
Перед составлением пакета пластину (плиту) основного металла
правят на прессе; одну поверхность, предназначенную для соединения,
фрезеруют и обезжиривают. Пластины плакирующего металла также
проходят специальную подготовку. Если это коррозионностойкая
343
сталь, то на свариваемую поверхность наносится слоя никеля толщиной
40-150мкм для предотвращения диффузии углерода из основного
слоя в плакирующий. В двойном пакете (рис. 154,6) между плакирую-
щими пластинами вводится слой разделительного вещества (окиси
хрома или окиси алюминия).
Подготовленнме пакеты-слябы нагревают в методических печах
и прокатывают на толстолистовых станах. Для обеспечения прочного
соединения (схватывания) слоев разнородных металлов в первых
пропусках применяются максимально возможные обжатия. Чаще все-
го прокатка ведется в поперечном направлении без кантовок. На прак-
тике доказано, что для прочного сцепления слоев биметалла коэф-
фициент вытяжки за цикл прокатки должен быть не менее 5-7. В тех
случаях, когда в состав пакета входят легко окисляющиеся металлы
(например, титан), производится предварительное вакуумирование
пакетов или они заполняются инертным газом.
Среднее контактное давление Рср при прокатке двухслойных листов
приближенно определяется по формуле:
Рср Рер, с + (1 - р). (243)
где Pcpj и Ptpa - среднее контактное давление при прокатке листов
такого же размера соответственно из основного и плакирующего ме-
талла; с - относительная толщина основного металла в пакете (в до-
лях единицы).
После прокатки выполняются следующие отделочные операции:
термическая обработка, обрезка кромок, разделение листов (при
прокатке двойных пакетов), правка, травление.
К числу распространенных слойных металлов относится упоминав-
шийся ранее альклед-дуралюмин, плакированный чистым алюми-
нием. Часто встречается, например, дуралюмин марки Д16, имеющий
химический состав, %: 3,8-4,9 Си; 1,2-1,8 Mg; 0,3-0,9 Мп; примеси -
до 1,5; остальное - А1. Достоинством дуралюмина является достаточ-
но высокая прочность (от до 300-330 МПа) при малой плотности
(2,8г/смэ). Однако дуралюмин в значительной мере подвержен кор-
розии, В первую очередь именно это обстоятельство вызывает необхо-
димость его плакирования чистым алюминием.
Исходными материалами при производстве апькледа являются дур-
алюминиевые слябы толщиной 200-300 мм, полученные полунепрерыв-
ной разливкой, и алюминиевые листы (планшеты) толщиной около
10 мм. Слябы подвергаются гомогенизирующему отжигу, а затем -
горячей прогладочной прокатке с небольшими обжатиями с целью
выравнивания поверхности и уменьшения раэнотолщинности. После
этого слябы правят на роликовой машине, режут на мерные части и
фрезеруют по всем граням, кроме торцевых. Наложение планшет осу-
344
ществляют на специальных линиях плакирования, где установлены
станки с профилированными валками, подгибающими кромки плаки-
ровочных листов на боковые грани слябов. Длина планшет принимается
на 100-150 мм меньше длины сляба, так как при прокатке в первых
пропусках вытяжка плакировочного слоя превышает вытяжку дур-
алюминовой основы.
Плакированные слябы перед прокаткой нагревают в методических
печах с газовым или электрическим обогревом до 410-450 "С. Горячая
прокатка производится на одно- и двухклетевых реверсивных или
полунепрерывных станах. Конечная толщина полос 4-8 мм и более.
Они являются готовой продукцией (после отделки) или служат заго-
товкой для станов холодной прокатки.
Имеются композиции металлов (например, сталь + серебро), кото-
рые не образуют прочного соединения при совместной пластической
деформации в обычных условиях. В этих случаях приходится приме-
нять другие, более сложные способы сварки. К их числу относится
сварка взрывом. Под действием взрывной волны происходит соударе-
ние поверхностей основы и плакирующего листа с очень высокой ско-
ростью. В зоне контакта возникают очень большие давления и обра-
зуются своеобразные структуры, обеспечивающие прочное сцепление
поверхностей разнородных металлов. Биметаллические листы, полу-
ченные таким способом, могут в дальнейшем подвергаться горячей
или холодной прокатке.
8. Направления и перспективы развития толстолистовых
станов
Совершенствование производства то лето листового проката пресле-
дует ряд целей, общих для прокатной отрасли: снижение расходного
коэффициента металла, повышение качества продукции, рост произ-
водительности агрегатов. Эти цели достигаются разными средствами.
Можно отметить следующие основные тенденции дальнейшего совер-
шенствования процесса толстолистовой прокатки.
1. В качестве исходного материала все более широко используются
непрерывнолитые слябы, причем масса их растет. В ближайшие годы
будут применяться непрерывнолитые слябы толщиной до 300-350 мм,
шириной до 2600 мм, массой до 50 т. Имеются данные, что применение
таких слябов позволяет повысить производительность труда на 7-9%
и увеличить выход годного металла на 8-20 %.
2. Актуальной задачей является повышение точности прокатки.
Допуски на толщину листов пока остаются слишком большими. Так,
для многих категорий листов толщиной 4-10 мм после допусков сос-
тавляет 10-25% от номинальной толщины. Технически обоснованное
345
сокращение допусков представляет значительнмй резерв экономии
металла.
Для повышения точности прокатки прежде всего требуется умень-
шить продольную и поперечную разнотолщинность листов. Также
должна быть обеспечена планшетность (ровность) прокатываемых
листов.
Одно из главных средств борьбы с продольной раз ноте лщиниостыо
заключается в увеличении жесткости рабочих клетей. Как было ука-
зано выше, диаметр опорных валков на новых крупных толстолисто-
вых станах доведен до 2400 мм. Площадь сечения стоек станин пре-
высила 1 м2 (для одной стойки). Дальнейшее увеличение размеров
опорных валков и станин следует признать нецелесообразным, так как
их масса достигает 250-300 т, в связи с чем возникают трудности в их
изготовлении и механической обработке. Возможно применение пред-
нарителъно напряженных клетей, а также клетей новых конструкций,
например шестивалковых с расположением всех валков в один верти-
кальный ряд. Коэффициент (модуль) жесткости клетей современных
станов должен составлять не менее 10-12 МН/мм. При этом клети
должны быть рассчитаны на усилие прокатки до 100-120 МН, момент
прокатки до 6-8 МН • м.
Поперечная разнотолщинность листов непосредственно зависит от
профилировки валков. Выбор оптимальной профилировки очень ва-
жен. Однако наиболее эффективным способом воздействия на попе-
речный профиль листов является применение принудительного изги-
ба опорных или ребочих валков, так называемого противоизгиба (под-
робнее об этом см. гл. IV). Оснащение прокатных станов системами
противоизгиба позволяет не только практически мгновенно влиять
на поперечную разнотоллшнность листов, но и добиваться их необ-
ходимой планшетности - устранять волнистость или коробоватость.
3. Производство толстых листов характеризуется относительно низ-
ким выходом годного. Так, при прокатке листов из слябов расходный
коэффициент металла составляет в среднем около 1,2, а при прокатке
на одноклетевых станах из слитков - даже 1,4 и выше. Основную часть
потерь металла образует концевая и боковая обрезь, которая, в свою
очередь, зависит от правильности формы листа в плане. Всякие откло-
нения от прямоугольной формы раската (образование ’’языков”, разно-
ширинность и т.п.) ведут к увеличению обрези. Отсюда ясно, насколько
важна задача по управлению формой раската в плане при деформации.
Большое влияние на форму раската оказывает прокатка в верти-
кальных валках. Однако, как было отмечено ранее, наряду с поло-
жительными эффектами прокатка в вертикальной клети имеет сущест-
венный недостаток: происходит заужение переднего конца полосы
(см. рис. 146). Учитывая это, предложен способ прокатки с переменным
346
Pic, 153, Форме p&cksts после проквки в вертикальной клети е пера
1- исходный сляб; 2-рмклт
по длине сляба обжатием. Оно осуществляется путем перемещения
вертикальных валков в процессе деформации. При прохождении кон-
цевых участков сляба валки несколько разводятся, а при прокатке
средней части - сближаются (на 60-70 мм). В результате раскат приоб-
ретает форму, показанную на рис. 155. Такая форма заготовки во мно-
гих случаях является благоприятной, так как при последующей про-
катке в черновой клети происходит некоторое сужение концов рас-
ката.
Предложен нариант прокатки в вертикальной клети с обжатием
горцов слябов, т.е. с поворотом их на 90" перед входом в валки. Этот
способ также позволяет улучшить форму листа в плане, приблизить
ее к прямоугольной.
Осуществление указанных схем прокатки требует установки до-
статочно мощной вертикальной клети, рассчитанной на перемещение
валков в процессе деформации. Для современных толстолистовых
станов рекомендуются вертикальные клети с валками диаметром
1300-1400 мм и усилием прокатки до 10-11 МН. Увеличение диаметра
вертикальных валков способствует более глубокой проработке сляба
по ширине и лучшему удалению окалины.
4. Одной из общих проблем развития прокатного производства яв-
ляется повышение износостойкости прокатных валков. Фактор из-
носа крайне отрицательно влияет как на точность прокатки и состоя-
ние поверхности продукции, так и на производительность прокатных
станов (в связи с необходимостью замены валков).
Постоянно ведутся работы по подбору новых, более износостойких
и вместе с тем достаточно прочных валковых материалов. Получены
хорошие результаты при применении на толстолистовых станах рабо-
чих валков из никелемагпиевого низкофосфористого чугуна. В пос-
ледние годы появились сведения об изготовлении кованых чугун-
ных валков, обладающих особо высокой износостойкостью и проч-
ностью.
347
На новых и действующих толстолистовых станах целесообразно
применение технологической смазки. В качестве смазочных веществ
могут использоваться отходы производства синтетических жирных
кислот и масложировой промышленности, минеральные масла с присад-
ками и без присадок и др. Смазка может вводится (в небольших коли-
чествах) непосредственно в охлаждающую воду или подаваться на
валки отдельно форсунками. Промышленные исследования показали,
что применение технологической смазки при горячей прокатке поз-
воляет в 1,5-2 раза повысить стойкость валков и примерно на 5-15 %
снизить усилия и расход энергии на деформацию. Особенно эффектив-
но применение смазки в последних, чистовых проходах, при малой
толщине раскатов.
5. Существенное улучшение механических свойств толстолистового
проката достигается термической обработкой. Большое значение
имеет освоение различных видов термомеханической обработки, в
том числе контролируемой прокатки. Если в настоящее время терми-
ческой обработке подвергается около половины выпускаемых листов,
то в будущем эта операция должна стать обязательной почти для
всего объеме продукции толстолистовых станов.
б. Большие перспективы имеет комплексная автоматизация станов,
которая позволяет значительно повысить точность прокатки и выход
годного, сократить энергозатраты, повысить производительность и
улучшить условия труда.
Создаваемые на толстолистовых станах автоматизированные сис-
темы управления технологическими процессами (АСУ ТЛ) обеспечива-
ют выбор оптимальных параметров всех технологических операций и
их реализацию. Функционирование АСУ ТП основано на использовании
управляющих электронно-вычислительных машин (УВМ) и локальных
систем автоматического регулирования.
С помощью АСУ выполняется в оптимальном режиме множество опе-
раций на участках нагрева слябов или слитков, собственно прокатки,
термообработки и отделки продукции. Особо следует отметить, что
разработаны и получают все более широкое применение локальные
системы регулирования точности прокатки. Так, весьма эффективны-
ми показали себя системы автоматического регулирования толщи-
ны (САРТ). Сигналом для действия такой системы являются либо
непосредственно показания микрометра, установленного на выходе
из клети (прямой метод), либо изменение силы прокатки, измеряемой
месдозами (косвенный метод). Соответствующий импульс передается
на нажимное устройство, изменяющее зазор между валками. Также
разработанм и успешно осваиваются системы автоматического регули-
рования профиля (САРП) и формы (САРФ) прокатываемых листов.
348
Основным органом воздействия в этих системах служат устройства
для противоизгиба валков.
9. Характеристика широксполаесдак непрерывных
и " неп •’ывпых станов
Непрерывные широкополосные стоны* состоят из 10-15 последова-
тельно расположенных рабочих клетей, разделенных на две группы:
черновую и чистовую (рис. 156). В состав черновой группы входят
вертикальный или горизонтальный окалиноломатепь (бывает тот и
другой) и 4-7 основных рабочих клетей. Окалиноломатели представ-
ляют собой двухвалковые, относительно ’’легкие” клети. Большинст-
во основных клетей черновой группы - универсальные кварто. Иног-
да первыми по ходу прокатки устанавливают клети дуо. Расстояние
между клетями принимается таким, чтобы раскат сначала выходил
из одной клети, а затем поступал в следующую. На некоторых станах
для сокращения длины черновой группы последние 2-3 клети объеди-
нены в непрерывную подгруппу. В отдельных случаях в состав чер-
новой группы вводится одна реверсивная клеть.
Чистовая группа клетей состоит из чистового окалиноломателя и
6-8 основных рабочих клетей кварто. Процесс прокатки в чистовой
группа является непрерывным. Черновая и чистовая группы клетей
связаны между собой промежуточным рольгангом. Перед чистовой
группой устанавливаются летучие ножницы для обрезки передних
и задних концов полос неправильной (языкообразной) формы. После
прокатки полосы поступают на моталки, где сворачиваются в рулоны.
Отводящий рольганг оборудован системами дополнительного охлажде-
ния (душирования) полос для обеспечения оптимальной температуры
смотки. В отдельных пролетах цеха (или отдельном здании) распола-
гается разнообразное отделочное оборудование: агрегаты поперечной
и продольной резки, дрессировочные станы, нормалнзационные печи,
травильные агрегаты и другое.
Варианты состава и расположения клетей непрерывных широкопо-
лосных станов показаны на рис. 157. Схема А отличается тем, что пер-
вая основная клеть черновой группы имеет увеличенную длину бочки
валков. Она называется уширительной. Перед прокаткой в этой кле-
ти сляб поворачивается на 90’ и обжимается за один пропуск в попе-
речном направлении; затем он вновь поворачивается на 90’ и во всех
’Как видно иа приведенного ниже описания, процесс проклки в черновой группе кле-
тей рассматриваемых станов является на непрерывный, а последоевтельиым. Поэтому уко-
ренившееся яеявание лих станов - непрерывные - следуя считать условным. Эти станы
относятся к категории емвпаяных, последовиельноветрерывных.
349
156. Схема непрерывного широкополосного пана горячей прокапоц
1 - нагревательные печи; 2 - приааный рольганг; 3 - черновой окмияоломмель с вер-
тикальными валками; 4 - черновой окалииоломатель с горизонтальными валками; S —
черновая клеть кварто; 6 — универсальные черновые клети кварто; 7 - промежуточный
рольганг; Я - летучие ножишы; 9 - чистовой окалиноломатель; 10 - чистовые клети квар-
то; 11 - отводящий рольганг; 12 - душируишие устройства; 13 - моталки
остальных клетях ведется продольная прокатка. Эта операция позво-
ляет прокатывать полосы значительно большей ширины, чем ширина
сляба. Вместе с тем установка уширительной клети требует примене-
ния относительно коротких слябов, что в конечном итоге ведет к
снижению производительности стана. На новых непрерывных станах
уширительные клети не устанавливают, так как способом непрерыв-
ного литья можно получать слябы любой необходимой ширины.
Схема Б предусматривает установку днух черновых окалинолома-
телей: вертикального и горизонтального. Однако при наличии пяти
основных клетей в черновой группе и семи клетей в чистовой группе
длина стана получается очень большой (свыше 600 м). С целью сокре-
щения длины стана и тепловых потерь две последние клети черновой
группы объединяют в непрерывную подгруппу (схема В).
На схеме Г показан непрерывный стан, имеющий семь основных
клетей в черновой группе и восемь в чистовой. При таком большом
количестве рабочих клетей обеспечивается возможность прокатки
толстых слябов в полосы минимальной толщины - около 1 мм. Но да-
же при объединении двух последних клетей черновой группы в двух-
клетевую непрерывную подгруппу длина стана велика. Поэтому реали-
зована схема Д с объединением трех черновых клетей в непрерывную
подгруппу. С целью сокращения длины стана также применяется уста-
новка одной реверсивной клети в черновой группа (схема Е). При
этом число клетей в черновой группе уменьшается до четырех, но
снижается производительность стана.
350
Таблица 34. Харакпрпихавекторы»непрерывны» шврсяияыюсяьп i
пряча*
Завод (фирма),
город, ярена
Длина Размеры валков (мм), количество клетей
бочки -------------------------------------------------------
валков, черновая группа чистовая группа
мм ----------------------------------------------------------
тип клети число тип клети число
Магнитогорский 2500
МК, Магнитогорск
Карагандинский 1700
МК, Темиртау
Новолипецкий 2000
МК, Липецк
"Солмер", Фос- Ш5
оор-Мер, Франция
•Янгстаун Шит ад 2135
Тьюб*,
Индиана Харбор,
США
•Сия Ниппон Сей- 2285
тепу*,
Оита, Япония
050 X 2000 (ОГ) 1
1100/1400 х 3230 (УМ) 1
900/1400 x 2500 (У) 3
1000 X 700 (OB) 1
1150 X 1700 (ОГ) 1
1000/1400 X 1700 1
950/1400X 1700 (У) 4
1200 X 300 (OB) 1
1200 х 2000 (Р) 1
1200/1600 x 2000 (У) 4
D-1220 (OB) 1
1270 x 2285 1
1270 X 2285 (У) 2
1170/1625 Х 2285 (У) 2
D ° 1145 (OB) 1
1270 X 2135 2
1270 X 2135 (У) 1
1120/1570 X 2135 (У) 3
Л = 1200 (OB) 1
1270 X 2285 (Р) 1
1270/1630 X 2285 1
1270/1630 x 2285 (У) 2
700 х 2500 (ОГ) 1
700/1400 x 2500 7
600 X1700 (ОГ) 1
700/1400X1700 7
000 X 2000 (ОГ) 1
800/1600 x 2000 7
700/1625 X 2285 7(8)*
725/1575 X 2135 7
815-765/1630 X 2285 7(8)*
Условные обозначения: ОГ - горизонтальный окллняоломатепь; ОВ-вертикаль
иая клеть; цифры со звездочкой - при пышем развитии стана.
Конкретная техническая характеристика некоторых современных
непрерывных станов приведена в табл. 34.
Рассмотрим более детально состав и расположение оборудования
стана 2000 Череповецкого металлургического комбината - одного из
лучших современных широкополосных станов (рис. 158). В сорта-
мент стана входят полосы толщиной от 1,2 до 16 мм. Прокатка ведется
из слябов максимальной толщины 250 мм, массой до 36 т. Подача сля-
бов к нагревательным печам 1 осуществляется с помощью загрузочных
устройств 2 и рольганга 3. Для нагрева служат три методические печи
производительностью по 420 т/ч; предусмотрено место для установки
352
щажалкх
Размеры пшис, мм Размеры (мм) и масса (т) слябов Суммар- ная Ск ороси прокати, (шах), м/с ь Годовая а произво- дитель- ноев., МЛН. Т
ТОЛЩИНА ширина толщина ширина длина макси- мальная масса ноеп> двига- телей, тыс. кВт
2-10 1000— 2300 MO- DS 1000- 1700 2300— 5000 10 57,6 1М 43
1,6- 12 700— 1500 165— 240 730- 1550 3700— 9500 25 10 V
1,2- 12 (16) 900- 1050 200- 250 900- 1850 До 10500 36 119 20 5,5
1-16 600- 2135 180- 220 2135 До 14500 38 105 27 Herts.
1,2- 12,7 460- 1980 До 305 1980 До 11000 45,4 103 21,9 3,63 (4,0)*
1,2- 16 мо- 2100 150- 300 2180 До 13000 45 114 (121Р 27.2 (30)* Herts.
яый окалииоадшжлъ; УМ — уширительная клеть; р — реверсивная клеть; У — уннверсаль-
четвертой печи. Черновая группа стана состоит из вертикального ока-
линоломателя 7 и пяти основных рабочих клетей, из которых первая
клеть дуо 8, остальные - универсальные кварто 9. Уникальной осо-
бенностью стана является объединение трех последних черновых кле-
тей в непрерывную подгруппу. Техническая характеристика клетей
приведена в табл. 35.
Промежуточный рольганг 10, расположенный между черновой и
чистовой группами клетей, оборудован сбрасывателем недокатов 11
и карманами 12. В головной части чистовой группы установлены ле-
тучие ножницы 13 и роликовый окалиноломатель 14. Чистовая груп-
353
.3-123
354
Таблица 35. Характеристик!рабочихклемйетата200
Червюввцкого меплпургичесмго клмбквт
Клети Диаметр валков, * мм Нагружи макси- мальные Мощность двигателя, кВт Скорость прокатки, м/с
номер тип
рабочие опорные Р, МН "кр. МН-м
Окапиноло- матель В 1200 - 6,0 1,20 2X630 1,0
1 Г 1400 — 24,00 4,80 5000 1,25
1180 1600 33,00 4,20 5000 1.5 1,25
(в 1000 к- 2,60 0,50 2X640
[Г ПВО 1600 33,80 4,20 2X6300 0,9-2,0 0,6-1,5
S । [в 1000 — 2,60 0,45 2X640
1180 1600 33,80 4,30 2X6300 1,0-3,5
|в 1000 — 2,00 0,40 2X640 0,9-1,5
Jr 1180 1600 33,00 3,50 2X 6080 2,0-5,0
ГВ 1800 я- 1,50 0,25 2X640 1,0-3,5
6 Г 000 1600 30,50 2,30 2X 6000 0,75-3,0
7 г 000 1600 33,00 2,30 2X 6000 1,0-5,0
8 г 800 1600 33,80 1,20 2X 6300 1,3-7,5
9 г 800 1600 32,80 31,м 1Д0 2X 6300 2,1-10,5
ID г 80D 1600 0,80 2X 6300 2,7-13,5 3,5-17,0 4,0-21,0
И г 000 1600 29,00 0,60 2X 6300
12 г 000 1600 17,60 0,25 2 X 4800
Примечание. Длина бочки окалиноломатепя 650 мм, вертикальных валков универ-
сальных клетей 470 мм; все горимнталькые валки имеют длину бочки 2000 мм.
па 15 включает семь клетей кварто (см. табл. 34); в будущем возможна
установка еще одной клети. Все чистовые клети оборудованы систе-
мами противоизгиба рабочих валков. На отводящем рольганге 16
имеется система водяного охлаждения полос ламинарного типа 17.
В конце отводящего рольганга установлены две группы моталок:
первая 18 служит для смотки тонких полос толщиной до 4 мм, вто-
рая 19 - для смотки более толстых полос. Выдаваемые из моталок
рулоны переводятся в вертикальное положение с помощью кантова-
телей 20, увязываются и поступают по конвейерам 21 либо в отделоч-
ное отделение, либо в цех холодной прокатки. Производительность
стана 5,5 млн. т/год.
Полунепрерывные широкополосные стоны отличаются от непрерыв-
ных тем, что вместо нескольких последовательных черновых клетей
имеют одну или две реверсивные клети. Преимущества полунепрерыв-
ных станов заключаются в меныпем составе и стоимости оборудова-
ния, меньшей длине цеха и, самое главное, в более гибкой технопо-
355
23*
Ги. 1Я. Схжа расположения оборудования попуиирерыэного emu 2300/1700:
1 - нагревательные печи; 2 — вертикальная клетъ-окаливоломатель; 3 — реверсивная клеть
дуо; 4 — гюдъшяо-поворстныв столы; S — реверсивная универсальная кляь кварто;
6 - ножницы; 7 - правильная машина; 8 - стеллажи-холодильники; 9 - подогреватель-
ная печы 10 - летучие ножницы; И - чятвсИ окалиноломатепь; 12 - шеииклитевая
непрерывная группа клетей кварто (700/1400 X 1700 мм); 13 — выходные летучие ножницы;
24-мошки
гии. При необходимости в черновых реверсивных клетях можно при-
менять разное количество пропусков, а также изменять режим обжа-
тий и скоростей. Однако производительность полунепрерывных станов
в два-три раза ниже, чем непрерывных. Чистовая группа клетей на
полунепрерывных станах не всегда используется в полной мере. Учи-
тывая отмеченные преимущества и недостатки полунепрерывных
широкополосных станов, следует сделать вывод, что применение
их целесообразно при широком сортаменте слябов и прокатываемых
полос как по размерам, так и по маркам стали, в частности при произ-
водстве листов из легированных сталей.
На рис. 159 схематично показано расположение основного оборудо-
вания полунепрерывного стана 2300/1700. Агрегат является комбини-
рованным: две его реверсивные клети 2300 могут работать как само-
стоятельный толстолистовой стан; при этом непрерывная группа кле-
шей 1700 из производства выключается. В реверсивных клетях полу-
чают листы толщиной 6—20 мм, шириной до 2100 мм, длиной до 6500 мм.
При прокатке тонких полос реверсивные клети служат черновой груп-
пой и выдают подкат для чистовых клетей. Из непрерывной группы
получают полосы толщиной 2- 8 мм, шириной до 1500 мм. В сортамент
стана входят очень разнообразные марки сталей: низко-, средне- и
высокоуглеродистые, легированные конструкционные, коррозионно-
стойкие (нержавеющие) и др.
Прокатка ведется из слябов толщиной 90-190 мм, шириной до
1600 мм, массой до 4 т, которые нагреваются в четырех методических
печах 1, После прохождения через вертикальную клеть - окалино-
ломатепь 2 сляб поступает в первую реверсивную двухвалковую
(D = 1100 мм) клеть 3, где прокатка ведется в несколько проходов.
В случае необходимости осуществления поперечной прокатки исполь-
356
hb 144. Схема расположения оборудования полунепрерывного мана 29N для прскикя
алюминия и его «плавок
/ - раскладчик слябов; 2 - фреадояые станки; 3 — рольганги; 4 — моечшкуппшьяый аг-
регат; 5 - укладчик планшетов с кантователе»; 6 - мостовья вилочные краны для аагружя
слябов в печи; 7 - олектричеекве нагревательные печи; в - вилочные краны для выгружи
слябов ил печей; 9 - клея, е вертикальными валками; 10 — первая реверсивная клеть квар-
то; И — вторая реверсивная клеть кварто; 12 - гильотинные ножницы; 13 — дисковые
ножницы; 14 - поперечный траншсртер плит; 15 — непрерывная группа рабочих клетей
кварто; 16 - поперечный транспортер толстых листов; 17 — правильная машина; 18 - мо-
талки; 19 - тележка-кантсвагеи рулонов; 20 - конвейер рулонов; 21 - шчи для отжига
полос в рулонах
зуются подъемно-поворотные столы 4, Затем раскат передается во
вторую реверсивную клеть 5 - универсальную кварто (Dp 750 мм;
°оп я 1400 мм). После нескольких проходов в этой клети получают
либо толстый лист конечной толщины, либо подкат для непрерывной
группы. Толстые листы после обрезки на ножницах б и правки на ма-
шине 7 поступают на стеллажи-холодильники 8 и далее идут на от-
делку. Если же выпускаются тонкие полосы, то подкат толщиной
18-60 мм проходит через подогревательную печь 9, обрезается на ле-
тучих ножницах 10 и прокатывается в непрерывной группа клетей
11, 12 с максимальной скоростью 10 м/с. Прокатанные полосы режутся
на листы ножницами 13 или сматываются в рулоны на моталках 1.
Полунепрерывные широкополосные станы применяются не только
в черной, по и в цветной металлургии. Примером может служить
стан 2800 (рис. 160), прицназначенный для прокатки листов и полос
из алюминия и его сплавов. Продукцию стана составляют толстые лис-
ты и плиты размерами (6 + 60) х (1000 + 2500) х 10000 мм и полосы сече-
нием (3 + 6) X (ЮОО * 2500) мм. Исходным материалом служат слябы,
полученные полунепрерывным литьем, массой до 6 т.
Поступающие на стан слябы, прошедшие гомогенизирующий отжиг,
подвергаются сплошному фрезерованию на специальных станках; сни-
маемый слой металла составляет 5-6 мм с каждой стороны. После
357
этого слябы проходят через моечно-сушильный агрегат. При прокатке
алюминиевых сплавов (дуралюмина и др.) на поверхность слябов пе-
ред нагревом накладывают пластины (планшеты) из чистого алюми-
ния. Нагрев слябов ведется в электрических печах до температуры
460-480’С.
В состав черновой группы стана 2800 входят клеть с вертикальными
валками и две основные реверсивные клети кварто (900/1400 х 2800 мм
и 750/1400 х 2800 мм). В первой клети слябы прокатываются до тол-
щины 65-85 мм, во второй - до 20-30 мм. Чистовая группа клетей
состоит из пяти клетей кварто 650/1500 х 2800 мм. Все чистовые клети
оборудованы устройствами для противоиэгиба валков. Максималь-
ная скорость прокатки 6 м/с, допустимое усилие на валки 30 МН.
Каждый вид продукции - плиты, толстые листы и полосы - имеет
свою линию отделки.
10. Технология горячей прокатки широких полос
Исходной заготовкой для широкополосных станов служат исклю-
чительно слябы, полученные либо на обжимных станах, в основном -
слябингах, либо на машинах непрерывного литья заготовок. Размеры
слябов в большинстве случаев находятся в пределах: толщина 100-
300 мм, ширине до 2300 мм, длина до 13000 мм; масса их достигает 45 т.
Нагрев слябов осуществляется в методических печах с торцевой
загрузкой и выдачей. Чаще всего стан имеет 4-5 нагревательных пе-
чей. В последнее время получили распространение печи с шагающим
подом, обеспечивающие достаточно равномерный прогрев слябов по
сечению и не оставляющие подстуженных ’’меток” от глиссажных труб.
Температура нагрева слябов зависит от химического состава стали
и в большинстве случаев составляет 1150-1280 *С. Длительность нагре-
ва зависит от конструкции печи, толщины слябов, их химического
состава и температуры при посадке в печь. На практике широко ис-
пользуется горячий всад слябов с температурой 600-800’С. В этом
случае слябы после прокатки на обжимном стане и огневой зачистки
сразу же направляются в нагревательные печи. Слябы легированных
сталей перед нагревом всегда подвергаются осмотру и ремонту с целью
удаления поверхностных дефектов, причем иногда применяется
сплошная зачистка на строгальных, фрезерных или абразивных станках.
Нагретые слябы сначала поступают в вертикальный или горизон-
тальный черновой окалнноломатепь. В вертикальном окалиноломате-
ле, помимо взламывания окалины, калибруется ширина слябов,
т.е. уменьшается их разноширинность; величина обжатия в этой клети
достигает 80-100 мм (е = 3-5%). Если установлен горизонтальный
окалиноломатель, то обжатие в нем принимается до 30 мм (е = 5-25 %).
358
Таблица 36. Овхгая в черновых!
Стая Показатель обжатия Клети
1 2 3 4 5
1700 Ah, мм 30-45 20-35 10-20 10-15 7-10
20-35 25-40 25-35 30-45 25-45
2000 Ah, мм 50-70 45-60 40-55 30-45 15-20
8, % 20-35 25-35 30-45 35-45 30-45
За окалинолома телями, а также за всеми клетями черновой группы
и первыми клетями чистовой группы располагаются устройства для
гидросбива окалины, где на верхнюю и нижнюю поверхности проходя-
щего раската через плоские сопла полаются струи воды под давлением
не менее 10-15 МПа.
На непрерывных станах раскат последовательно проходят через
все клети черновой группы с однократным обжатием в каждой*. На
более старых станах первой основной клетью является уширительная,
где выполняется поперечный пропуск для получения раската нужной
ширины. Характерные значения обжатий в клетях черновой группы
приведены в табп. 36.
Суммарное обжатие в клетях черновой группы составляет 70- 90 %
от полного обжатия, необходимого для получения полос заданного
размера. При прокатке в универсальных клетях поперечное обжатие
в каждой паре вертикальных валков не превышает 20-25 мм (е
-1-3%).
Подкат, выдаваемый на промежуточный рольганг, обычно имеет
толщину от 20 до 50 мм. Перед входом в клети чистовой группы произ-
водится обрезка переднего и заднего концов полосы на летучих нож-
ницах. Для удаления вторичной (воздушной) окалины, образовавшейся
на металле при перемещении его по промежуточному рольгангу, слу-
жит чистдЬон окалиноломатель, придставляющий собой относительно
небольшую днухвалковую клеть, обжатие в которой составляет 1-2 мм
(е = 5-10 %). В последнее время часто применяются роликовые ока-
линоломатели с пружинными стаканами, реботающие с очень малым
обжатием - около 0,2 мм.
Прокатка в чистовой группе клетей является наиболее сложным и
ответственным звеном технологии на непрерывных станах. Пример-
ное распределение обжатий по клетям чистовой группы приведено
в табп. 37,
•Иногда прям
। реверсивная клеть,
359
fa^SeS?!?!?
360
Как видно из представленных практических данных (табл. 37), от-
носительные обжатия при прокатке тонких полос (толщиной менее
4 мм) значительно выше, чем при прокатке более толстых полос. Сум-
марное обжатие в чистовой группе составляет 10-30% от полного об-
жатия.
Скорости прокатки в клетях непрерывной группы жестко связаны
условием постоянства секундных объемов:
h, bt Vi = h3 b3 v3 = ... = hh vs h4 b7 v„
(244)
где 1,2,... - номера клетей чистовой группы.
Поскольку ширине полосы во всех клетях практически одинакова,
условие (244) можно написать в виде:
hi Щ = h3 va = ... ht, v6 = h7 v,.
(245)
Таким образом, если скорость и толщина полосы в последней (б-й
или 7-й) клети заданы, то скорости прокатки в остальных клетях опре-
деляются из выражений:
В процессе прокатки полосы скорость на выходе может либо оста-
ваться постоянной, либо изменяться по принятому рациональному
закону. Выбор того или иного скоростного режима зависит от конст-
рукции стана н размеров полосы. Варианты возможных скоростных
режимов представлены на рис. 161. График о соответствует случаю
прокатки с постоянной скоростью; такой режим применяется на более
старых станах, где скорость прокатки не превышает 10- 12 м/с. Вариант
б отличается тем, что сначала (до захвата переднего конца полосы мо-
талкой) скорость прокатки относительно мала (vt < 10- 12 м/с), а затем
она постепенно увеличивается с ускорением at, достигая значения. у3.
Перед выходом заднего конца полосы из валков скорость прокат-
ки снижается с замедлением о3 до величины у3, чтобы избежать рез-
ких ударов "хвоста” полосы в моталке. Вариант в предусматривает
быстрое увеличение скорости прокатки с большим ускорением Oj
после захвата полосы моталкой, в результате чего появляется воз-
можность прокатки значительной части полосы на постоянной высо-
кой скорости у2. Все остальные варианты (г, д, е) в основном подобны
предыдущим, по отличаются тем, что прокатка сразу же начинается
на повышенной скорости V,, которая снижается до величины V, перед
входом полосы в моталку
Режимы прокатки с ускорением в чистовой группа широко приме-
няются на современных непрерывных широкополосных станах. Такие
361
ftc. 161. Варианты скоростных режимов прокатки в чистовой группе клетей широкополос-
ных станов’,
1 - пили полосы (или врвия); v - скорость прокатки
режимы преследуют две основные цели: во-первых, повышается про-
изводительность станов и, во-вторых, что очень важно, уменьшается
температурный клин по длине полосы в связи с более интенсивной
(высокоскоростной) деформацией подстуженного заднего конца рас-
ката.
Прокатка в чистовой группе ведется с натяжением между клетями,
что обеспечивает устойчивое положение полосы в валках (отсутствие
поперечных смещений) и снижение усилий прокатки, а также спо-
собствует выравниванию вытяжек по ширине полосы. Во всех клетях,
кроме первой и последней, прокатка ведется с передним и задним
натяжением; в первой клети - только с передним, в последней -
только с задним натяжением (в последней клети переднее натяжение
может быть создано действием моталки). Минимальное удельное на-
тяжение, обеспечивающее устойчивый процесс прокатки, составляет
примерно 5-15% от предела текучести металла при соответствующей
температуре. Но применение слишком больших натяжений также не-
желательно, так как это приводит к увеличению продольной разнотол-
щинности полос. Последнее объясняется тем, что передние и задние
концевые участки полос прокатываются вовсе без натяжения. Сог-
ласно практическим данным, при деформации низкоуглеродистых
сталей удельные натяжения чаще всего находятся в пределах 2- 40 МПа.
Для современных высокопроизводительных широкополосных ста-
нов особенно важны мероприятия, направленные на повышение точ-
362
ности прокатки. К числу наиболее эффективных мероприятий такого
рода относится в первую очередь внедрение АСУ ТП. Поддержание
юминальной толщины полос и уменьшение продольной разнотолщин-
ности достигается применением САРТ. Эти системы, в частности, обес-
печивают пополнительное обжатие передних и задних концов полос,
прокатываемых без натяжения и имеющих повышенную толщину при
отсутствии САРТ. С целью уменьшения поперечной разнотолщинностн
широко применяются САРП. Действие этих систем основано главным
образом на использовании устройств для противоизгиба валков. В нас-
тоящее время устройства для противоизгиба валков в двух-трех пос-
ледних чистовых клетях имеются почти на всех отечественных широ-
кополосных станах.
Для уменьшения износа валков, снижения усилий деформации и
энергозатрат, а также обеспечения возможности прокатки более тон-
ких полос на ряде промышленных станов применяется технологичес-
кая смазка (стан 1680 комбината "Запорожсталь”, станы 1450 и 2500
Магнитогорского металлургического комбината и др.). В качестве
смазки используются отработанные растительные масла (например,
хлопковое из агрегатов горячего лужения жести), отходы производст-
ва синтетических жирных кислот, минеральные масла. Смазка вво-
дится в охлаждающую воду. Практика показала, что наибольший эф-
фект достигается при введении смазки в воду в распыленном состоя-
нии. Чаще всего смазка подается на валки первых трех клетей чис-
товой группы, где наблюдается максимальный износ; иногда она при-
меняется и в последних клетях черновой группы. Накопленные дан-
ные свидетельствуют, что смазка позволяет повысить стойкость вал-
ков до 1,5-2 раз, снизить энергозатраты и усилия деформации на 5-
15 %. Расход смазки составляет примерно 10-20 г/т.
Конечная структура и механические свойства прокатываемых по-
лос существенно зависят от величины обжатия в последних клетях,
температуры конца прокатки и температуры смотки в рулоны. Пра-
вильный выбор этих параметров совершенно необходим для получе-
ния продукции высокого качества. Каждая марка стали имеет свой
оптимальный температурный режим прокатки и смотки полос. Для
низкоуглеродистых сталей (08кп, 08Ю, Юкп) рекомендуются следующие
значения указанных параметров: обжатие в последней клети 10-15%;
температура конца прокатки 850-900‘С; температура смотки 550-
650 “С. Следует отметить, что на практике оптимальные значения об-
жатий в последних клетях, температур конца прокатки и смотки вы-
держиваются не всегда. Во многом это зависит от толщины прокаты-
ваемых полос. Результаты исследования температурных режимов
на ряде промышленных станов (рис. 162) показывают, что при прокат-
ке полос толщиной менее 2,5-3 мм температура конца прокатки часто
363
Номинальная толщина полос.мм
Уж. 1GL Практические гвшержуриые режимы проклки на некоторых широкополосных
ставах:
1 - температура раската за черновой группой клетей; 2 - температура перед чистовой
группой клетей; 3 - температура конца прокатки; а - стан 1700 Мариупольского комбина-
та им. Ильича; 6 — стан 1700 Карагандинского металлургического комбината; в - стан
ММ Новолипецкого MBiaiuiypi ически о комбината
бывает ниже оптимальной, а при прокатке полос толщиной более 6 мм-
выше оптимальной. Основным средством повышения температуры
конца прокатки при производстве тонких полос является увеличе-
ние скорости прокатки в чистовой группе. Значительное сокращение
тепловых потерь металла может быть достигнуто посредством установ-
ки теплоизолирующих экранов на промежуточном рольганге. При
производстве толстых полос понижение температуры конца прокатки
постигается за счет уменьшения толщины подката, поступающего из
черновой группы, и применения межклетевого охлаждения металла
в чистовой группе. Необходимая температура смотки полос обеспе-
чивается действием душирующих устройств на отводящем рольганге.
Смотанные в рулоны полосы по конвейерам транспортируются в
отделочное отделение или в цех холодной прокатки. Часть рулонов
отгружается потребителю, минуя операции отделки.
В листоотделочном отделении расположены агрегаты для попереч-
ной и продольной резки полос, дрессировки, термической обработки,
травления и другие. На рис. 163 показана схема современного агрегата
для поперечной резки полос на листы. Кроме собственно поперечной
364
б 4 О б 4 Ю
6 в
О
Рж. 1В. Сима агржиа поперечной рики горячейший полос
f - >&-—гвятепг рулонов; 2 — рвздамельно-эадмицм машина; 3 - дреаярсЕочиый
-ген; 4 — правильная машина; 5 — ножницы для обрезки концов полос; 6 - мнущие роли-
кн; 7 - петлевой мол; 8 - дисковые ножницы; 9 - летучие ножницы; 10 - листоукладчик
резки, на этом агрегате выполняется в комплексе целый ряд других
операций: правка, дрессировка, обрезка кромок, маркировка, взвеши-
вание пачек листов.
Дрессировкой называется отделочная холодная прокатка с неболь-
шим обжатием - до 3-5 %. Назначение этой операции заключается в
улучшении формы (планшетности) и состояния поверхности полос,
а также в некотором улучшении механических свойств. Дрессировка
горячекатаных полос производится на однок лете вых станах кварто,
включенных в состав агрегатов резки или расположенных отдельно.
Термической обработке подвергаются листы, к которым предъяв-
ляются повышенные требования по структуре и механическим свойст-
вам. Наиболее часто применяется нормализация. Она осуществляется
в проходных печах при 870-950 °C с охлаждением на воздухе. В ре-
зультате нормализации устраняется наклеп, остающийся при низкой
температуре конца прокатки, и улучшается пластичность металла.
Часть горячекатаных листов по требованию заказчика должна пос-
тавляться без окалины на поверхности металла. В этом случае листы
подвергаются травлению в растворе серной кислоты на агрегатах пе-
риодического действия. Если же объем такой продукции велик, то
травление осуществляется в непрерывных травильных линиях цеха
холодной прокатки.
На непрерывных широкополосных станах выпускаются полосы (лис-
ты) толщиной 1-16 мм (редко до 25 мм), шириной до 2350 мм. Произ-
водительность этих станов достигает 3-7 млн. т/год.
Технология прокатки на полунепрерывных широкополосных ста-
нах отличается от непрерывных станов лишь тем, что в черновых
реверсивных клетях можно выполнять любое необходимое количест-
во проходов. Это делает полунепрерывные станы технологически бо-
лее гибкими, по снижает их производительность. На некоторых полу-
непрерывных станах, называемых комбинированными, черновая груп-
па клетей может работать самостоятельно, выполняя функцию толсто-
365
листового стана. Примером такого комбинированного стана может
служить рассмотренный выше стая 2300/1700.
На полунепрерывных станах прокатывают полосы толщиной 1,2-
12 мм, шириной до 2500 мм и листы толщиной 6-60 ым, шириной до
3200 мм. Производительность полунепрерывных станов сильно зави-
сит от сортамента продукции и в большинстве случаев находится в
пределах 0,5- 2,5 млн. т в год.
11. Методика расчета режимов деформации
на широкополосных станах
Разработка режима деформации для прокатки полос заданного раз-
мера требует решения ряда взаимосвязанных вопросов. Основными
среди них являются: выбор размеров слябов, распределение обжа-
тий по клетям черновой и чистовой групп, определение скоростных и
температурных параметров прокатки.
Рациональная толщина слябов определяется в зависимости от
конечной толщины полос и обжимной способности клетей стана; при
этом должны учитываться и условия производства слябов. Ширина
слябов принныается равной ширине выпускаемых полос или на 20-
30 мм больше. Если стан имеет мощную клеть с вертикальными вал-
ками, то ширина слябов может превосходить ширину попос на 80-
100 мм. При получения слябов на обжимных станах их ширина иногда
является недостаточной; в этом случае возникает необходимость в
применении уширительной клети (однако, как отмечалось выше, та-
кую технологию следует считать устаревшей). Длина слябов бывает
ограничена шириной рабочего пространства нагревательных печей
(до 13-14 м).
Обжатие в вертикальном окалиноломателе чаще всего составляет
20-50 мм. В горизонтальном черновом окалиноломателе обжатие
обычно принимают в пределах 10-25%. Применение меньших обжа-
тий приводит к слабому взламыванию окалины и недоиспользованию
клети; применение же более высоких обжатий чревато вкатыванием
окалины в поверхность металла.
В основных клетях черновой группы величина обжатий опреде-
ляется исходя из захватывающей способности валков, с использова-
нием формулы (213). Максимальные углы захвата txsnai принимаются:
для чугунных шлифованных валков 16-17*; для стальных легирован-
ных шлифованных валков 18-20*.
В случае применения уширительной клети обжатие в ней должно
быть таким, чтобы за опин поперечный пропуск достичь необходимой
ширины раската. Из условия постоянства объема металла получена
формула:
366
д . ЛО.-Ы., (247)
01
где Д hym - необходимое обжатие в уширительной клети.
При выводе формулы (247) принято, что уширение в поперечном
пропуске отсутствует.
Обжатие в вертикальных валках универсальных клетей примерно
равно уширению при прокатке в горизонтальных валках и составляет
10-25 мм.
После предварительного определения обжатий в клетях черновой
группы по максимальным углам захвата должны быть рассчитаны
энергосиловме параметры деформации для корректировки величины
обжатий по допустимым усилиям, крутящим моментам и мощности
приводных двигателей. Методика определения предельных нагрузок
изложена в §4 настоящей главы. Некоторые практические данные
по распределению обжатий в черновых клетях непрерывных широко-
полосных станов приведены в табл. 35. Как уже было отмечено, сум-
марное обжатие в черновой группа клетей обычно составляет 70-90%
от полного обжатия во всех клетях. Для упрощения перестройки чис-
товой группы клетей необходимо стремиться к унификации толщин
подкатов, выдаваемых из черновой группы (например, не более 3-5
толщин для всего сортамента стана).
Падение температуры металла в черновых клетях может быть рас-
считано по формуле (237), а также по уравнению Г.П. Иванцова (для
углеродистой стали):
At-t + 273--------- 1BW (248)
I tow т
V------------ * 0,055 -
V [ f+ 273 ho
\ 100 /
Обозначения в формуле (248) соответствуют формулам (237) и (238).
Расчет режима деформации в чистовой неприрывной группе клетей
выполняется в следующей последовательности:
предварительно распределяются обжатия по клетям с учетом огра-
ничивающих факторои и практических данных;
определяются скоростные и температурные параметры прокатки;
рассчитываются нагрузки - усилия, крутящие моменты и потреб-
ные мощности по клетям;
производится корректировка режима обжатий в соответствии с
результатами расчета нагрузок.
Исходными данными для расчета режима деформации являются
367
толщина и температура подката, поступающего из черновой группы.
Величина обжатий в клетях чистовой группы обычно ограничивается
либо мощностью главных приводных двигателей (чаще), либо проч-
ностью валков, т.е. допустимым усилием прокатки. В случае приме-
нения технологической смазки обжатие в первой клети требует про-
верки по условиям захвата. В последних двух клетях чистовой груп-
пы обжатия обязательно уменьшаются для обеспечения необходимой
точности прокатки. Однако в последней, выходной клети обжатие
должно быть не менее 8-10 %, так как иначе оно может стать критичес-
ким, что влечет образование нежелательной крупнозернистой струк-
туры металла.
В зависимости от того, какой фактор ограничивает величину обжа-
тий, распределение загрузки клетей по мощности может иметь разный
характер (рис. 164). График 1 относится к случаю, когда величина об-
жатий лимитируется именно мощностью двигателей, причем в первых
пяти клетях она используется до предела. Если лимитирующим фак-
тором является усилие деформации, которое принимается постоянным,
то в каждой последующей клети потребляемая мощность будет расти
в связи с увеличением скорости прокатки (график Л)- Схема IU со-
ответствует случаю особо резкого снижения величины обжатий по
ходу прокатки, что сопровождается уменьшением как усилия дефор-
мации, так и потребляемой мощности; такой вариант возможен, напри-
мер, при прокатке малопластичных металлов.
При разработке режима обжатий в клетях непрерывной группы мо-
жет быть использована нижеприведенная формула, выведенная из ус-
ловия равномерной загрузки первых 4-5 клетей и уменьшения загруз-
ки двигателей в последних клетях:
о-,,)»”!1* ’
где hj - толщина полосы на выходе из i-той клети, мм; hn - толщина
подката перед чистовой группой, мм; hK - конечная толщина полосы,
мм; V,- - коэффициент загрузки клетей, определяемый как отношение
суммы потребляемой на прокатку мощности от первой до i-той клети
(включительно) к общей мощности прокатки во всех клетях чистовой
группы; т - коэффициент, рассчитываемый по эмпирической формуле
т = 0,3 +
ДД1
Коэффициент V; определяется по кривим удельного расхода энергии,
полученным экспериментально для близких условий прокатки. Пред-
368
Клети чистовой ердты
Йж. 144. Варианты загрузки главных диш степей глией чистовой группы
Конечная толщина полое
Рж. 145. Ззвиеимояь екоростя промжи в поела;
прокатываемых полое
1 в 2 - соответственно узкие и широкие полосы
группы at толщины
варительное распределение обжатий может бить сделано также на
основе практических данных (см. табл. 37).
При определении скорости прокатки по клетям чистовой группы
базовой величиной является скорость в последней клети. Выходная
скорость принимается максимальной при прокатке наиболее тонких
полос (рис. 165). Это необходимо для завершения деформации при
достаточно высокой (оптимальной) температуре и обеспечения задан-
ной производительности стана. С увеличением толщины выпускаемых
полос формально возможная производительность рабочих клетей на-
чинает превосходить пропускную способность остального оборудова-
ния, в частности нагревательных печей. Поэтому более толстые полосы
прокатывают на пониженной скорости. Ширина полос мало влияет на
выбор скорости, хотя при прокатке узких полос она все же немного
выше (рис. 165).
Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, скорость может из-
меняться по некоторому установленному режиму на протяжении про-
катки каждой полосы (см. рис. 161).
Если скорость выхода полосы из последней клети выбрана (задана),
то скорости во всех остальных клетях непрерывной группы опреде-
ляются по формулам (246). Для настройки непрерывной группы надо
знать окружные скорости валков по клетям: vBi, vB|,..., vB|, v^. С этой
целью представим условия постоянства секундных объемов (245) в
виде:
hiMl+S,) = h3%(l*Sa)»... = h6VB.(l+Se) = MB,(1+S7). (250)
М-123
369
Опережение S в, каждой i-той клети можно определить по извест-
ной формуле:
St - V?
(251)
Нейтральный угол у рекомендуется определять по формуле В.Н. Выд-
рина:
«е I \ *«f («»г - «о;)
2 \ I 4^i₽ePiRP
(252)
гда /у - коэффициент трения при установившемся процессе прокатки;
q0 и Qi - соответственно заднее и переднее удельное натяжение по-
лосы.
На практике величина опережения S обычно находится в пределах
0,01-0,1. В последней клети непрерывной группы опережение совсем
незначительно, так как абсолютное обжатие мало и прокатка ведется
только с задним натяжением.
Изменение температуры полосы при прохождении через чистовую
группу может быть приближенно рассчитано с помощью формул (237)
или (248). Вместе с тем имеются более точные методы расчете, учиты-
вающие все составляющие тепловых потерь, а также прирост тепла в
результате пластической деформации и действия сил трения на кон-
тактных поверхностях (работы Ю.Д. Железнова, О. Павельски и др.).
Изменение температуры металла в самом очаге деформации Дг^д
составляет:
4'о.» А'. - Д<пл.
AtB - падение температуры за счет соприкосновения металла с вал-
ками (вследствие теплопередачи); - повышение температуры
в результате пластической деформации.
Составляющие выражения (253) определяются по формулам*:
у
tit,- 1,88• 10-’----— (t„ - 60), (254)
‘Формуле (254), полученная ЮЛ. Железновым и Б.А. Цифрияовичем, представлена в
компактном виде. Принято среднее значение опережения S - 0,05.
370
। ле tOj - температура полосы на входе в первую клеть, *С; V; - скорость
прокатки в данной клети (средняя), м/с:
Д/м = 0,42Pcp.lg-^, (255)
еде Ре₽; - среднее контактное давление, МПа.
Охлаждение металла в ыежклетевом промежутке происходит в ос-
новном за счет излучения, а также, в небольшой степени, путем кон-
векции и вследствие соприкосновения с деталями арматуры клети;
все это учитывается формулой:
Л1>«, -‘и-Г’к», ' (256)
hi
где tj - температура металла на выходе из валков i-той клети; к^ -
коэффициент, зависящий от марки стали (для углеродистых сталей
ка 19,5; для легированных ка = 17,5); т^. - время прохождения
поперечного сечения полосы через межклетевой промежуток:
т»( - V’ (257)
где /цк - длина межклетевого промежутка.
В случае применения гидросбива окалины дополнительное снижение
температуры металла определяется по формуле:
д,г, (258)
Mi
Таким образом, температура полосы при входе в i+1-ю клеть будет:
Ч'+i = Ц + (259)
Охлаждение подката на промежуточном рольганге определяют по
формуле (248), принимая t = tn.H в т = тр, где tn,H - температура метал-
ла при поступлении на рольганг; тр - время пребывания подката на
ропьгаяге.
Помимо аналитических методов ресчета температурных режимов
прокатки, основанных на использовании законов теплопередачи,
разработаны и применяются статистические модели, полученные пу-
тем обработки больших массивов экспериментальных данных. Статис-
тические (регрессионные) уравнения имеют частный характер; они
справедливы лишь в тех условиях, при которых производились изме-
371
рения температур. Ниже приведены примеры статистических темпе-
ратурных зависимостей для чистовых групп клетей некоторых станов:
для стана 1700 Мариупольского металлургического комбината
им. Ильича:
<к = 311 ♦ 0,649--------* 1,78 hrf (260)
Лю Ъо
для стана 1700 Карагандинского металлургического комбината
245-10*
tK - 640 + 0,345 ---------- + 1,44 ft,,; (261)
«13 ’1»
для стана 2000 Новолипецкого металлургического комбината
241' Ю*
tR = 682 + 0,35 ----------, (262)
Лц»И
где tR - температура конца прокатки, *С; “ температура подката
перед входом в чистовую группу, ’С; v10, via - скорость прокатки в
последней клети, м/мин.
Если известны температура подката перед входом в чистовую груп-
пу и температура конца прокатки, то для приближенного определения
температуры полосы в межклетевых промежутках может быть исполь-
зована формула:
где t- температура полосы толщиной h, ’С.
Расчет усилий прокатки в клетях чистовой группы ведется по обыч-
ной формуле (227). Для определения величины среднего контактного
давления могут использоваться теоретические формулы А.И. Целикова,
А.А. Королева и другие, выведенные для условий тонколистовой про-
катки с натяжением. Предел текучести определяется с учетом марки
металла, температуры, скорости и степени деформации, например
по метолу термомеханических коэффициентов В.И. Зюзина*. При вы-
сокоскоростной прокатке в непрерывной группе металл не успевает
полностью разупрочниться за время прохождения между клетями.
В связи с этим возникает необходимость учета остаточного упрочнения
при выборе величины предела текучести. С этой целью Ю.Д. Железно-
вым с соавторами предложена формула:
•Си. ссылку на е. 332.
372
АОу-ДОуий 4,14-0,00341 , (264)
где ДОу - величина остаточного упрочнения металла через время Т
(в конце межклетевого промежутка); ДОуп - величина упрочнения
металла на выходе из очага деформации; t - средняя температура
металла в межклетевом промежутке, °C.
Для определения величины Д о ул Ю.В. Коноваловым и др. рекомен-
дуется выражение:
Ao„ = кс llSe"0’"”' (к, - 0,55), (265)
где къ - коэффициент, учитывающий относительное обжатие:
kg --1,57е»' + 1,65 е + 0,648;
ке - коэффициент, зависящий от марки стали:
Марк» стали................ Мкл Ст2кл СтЗкп СтЗсп 10еп
ке......................... 1,0 1.Ю 1,07 1,15 1,17
Таким образом, находим:
о, = с; + ДОу, (266)
где о'т - пре два текучести, найденный в предположении отсутствия
остаточного упрочнения.
При расчете среднего контактного давления в последних клетях
чистовой группы необходимо учитывать сплющивание валков, так как
давления становятся высокими, а прокатка ведется в чугунных вал-
ках, Для определения длины дуги контакта с учетом сплющивания
могут быть использованы формула Хичкока (295) или другие методики.
Момент прокатки Мщ, в каждой клети определяется по формуле
А.И. Целикова ft
Мир " Pep In + Qo — 41 j bRp (1 + S). (267)
Также можно использовать формулу В.Н. Выдрина:
Мир " - 4l) -7-. (268)
'в
Значение коэффициента плеча момента ф находится из выраже-
ния (232).
Формулы (267) и (268) дают момент прокатки для двух валков. Мо-
мент на валу двигателя Мот определяется в виде суммы ряда слагае-
мых по формуле (230). Мощность, расходуемая двигателем, составляег
373
'^дв = 30 Мпвпдв> (2^)
где Пда- число оборотов двигателя, об/мин.
Для проверки двигателя на нагрев применяется формула:
(270)
V тпр + тп
где /^дв.эк» ~ эквивалентная мощность двигателя; N„g и ~ соот-
ветственно мощности двигателя при прокатке и холостом ходе; тпр и
тп - соответственно продолжительность пропуска и время паузы.
Должно выполняться условие:
'^ДВ.ЗКВ ^ДВ.НОМ» (271)
гдеЛ^дв.нам“ номинальная мощность двигателя.
При наличии экспериментальных данных по энергозатратам на
аналогичных станах необходимая мощность двигателей достаточно
надежно определяется по кривым (графикам) удельного расхода энер-
гии в зависимости от суммарной деформации (уменьшения толщины
полосы). Такие графики в значительном количестве представлены в
литературе*.
12. Примерный расчет режима деформации при прокатке
полос на широкополосном стане 2000
В качестве прототипа примем став 2000 Череповецкого металлургического комбината.
Краткая характеристика рабочих клетей стана приведена в табл. 35. Некоторые дополни-
тельные данные, необходимые для расчета, приведены ниже.
Пусть требуется рассчитать режим деформации при прокатке полос сечением 2,0 X
X1500 мм из слябов 240 X 1540 X 10000 мм; материал - сталь 08Ю.
Суммарное высотное обжатие составит:
Ahj. = 240 - 2 = 238 мм.
Распределяем его между черновой и чистовой группами клетей в соотношении 85 и
15 %. Находим:
ДЛТ = 238 - 0,85 - 202 мм;
^-черн
ДЬу - 238 • 0,15 ’ 36 мм.
2-чист
Принимав* округленно AhjjqepH 205мм; ДЛЕвдд " 33 мм. Тогда толщина раската
на выходе из черновой группы (после 5-й клети) будет:
•См., например: В. Ф. Бурьянов, Е.С. Рокотян, А.Е. Гуревич. Расчет мощности двигате-
лей главных приводов прокатных станов. -Мг, Металлургиздат, 1962.
374
240 - 205 - 35 мм.
Сначала рассчитываем режим деформации в черновой группа клетей. Принимав* об-
жатие в вертикальном окалиноломмеле Акворт " 40 мм. При этом ширина раската ста-
новится равной ширине готовой полосы: 1540 - 40 1500 мм.
Определяем параметры прокатки в вертикальной клети (Сверг • 1200 мм, см. табл. 35):
'«/верт V6D0-4O - 155 мм;
^верт 2-155
Чверт ’ 154fl + 1S00
По формуна (242) находим глубину аоны пластической деформации:
hm - 1,5 7240-155 - 289 мм;
0,10.
е«рт " j , 2jg -0.069 - 6,9».
Скорость прокатки в вертикальной клети - 1 м/е (таВл.35). Вычисляем скорость
деформации:
1000
иверт “ - 0,069 - 0,44 е“.
Принимаем начальную температуру прокатки г0 - 1150 *С.
По данным В.И. Зюзина* определяем базовое значение предела текучести для стали 08Ю
и термомехаяические коэффициенты: оо л - 83 МПа; kt - 0,55; к» - 0,82; ки = 0,85, Следо-
вательно, от • 83 • 0,25 • 0,82 • 0,85 - 32 МПа
Среднее контактное давление рассчитываем по формуле (103):
Рер - 32 (0,1)-»-* - 80 МПа.
Усилие прокатки будет:
^верт 80-155 - 240 - 29,8-10®кН - 303T.
При расчете крутящею момента принимаем коэффициент плеча монет ф - 0,6:
Мпр.верт “ 29,8 • 10» • 0,6-0,155 - 277кН-м - 2«,2г-м.
Крутящий момент на двух валках: 2 Мпр.ве^ 2 • 277 - 544 кН м.
Полученные величины усилия прокатки и крутящею момвпа значительно ниже пре-
дельных (ем. табл. 35).
Перейдем к определению обжатий в основных горизонтальных клетях черновой группы.
Найдем максимально возможные обжатия на условия захвата, т.е. по формуле (213). При-
нимаем asmeT“ 18* - 0,313. Получим:
для 1-й клети (ОцЦд - 1300 мм):
Лкпда - (0,314)2 650 - 64 мм;
для остальных черновых клетей (Dpmin »1120 м):
•Теория прокатки. Спраэочяик/Яеликов А.И., Томленое АЛ, Зюзин В.И., Третья-
ков АЛ., Никитин Г.С.-Ш Металлургия, 1982.335 е.
375
Ahmax и (ОЛ14)®-560 55 мм.
Левее иеходнм максимально возможное обжатие по условию прочности валков. Первая
клеть черновой группы - двухвалковая. Допустимое усилие прокатки в этой клети, оп-
ределяале по формулам (214) и (221), составляет 24 МН = 24 № И (табл. 35). Предполо-
жим, что рер 70 МПа. Тогда по формуле (228) находим:
1 / Д4-1Р3
Ah®“ ' 700 \ 70- 1500
Таким обраэом, лимитирующим фактором, ограничивающим величину разового обжа-
тия, является захватывающая способность валков. Учитывая ио, а также стремна, обес-
печить ровнсмеряун загрузку клетей по усилиям и мощности, принимаем следующее
распределение обжатий и коэффициентов вытяжки по клетям черновой группы:
j2- 75 мм.
F клетей..........................
ho, мм...........................
hj, мм............................
Ah, мм............................
е, %..............................
240 185 135 91 55
185 135 91 55 35
55 58 44 36 20
22,9 27,8 13,6 39,6 36,4
1,30 1,37 1,48 1,60 1,57
Рассчитывав* параметры прокатки в первой клети
01 " “ 0,251 ' 16’40’;
lrfj - 7700 - 55 - 196 мм;
Ц 2-196
Ж*1В’,Л
Определяем паление температуры металла за врв*я прокатки в вертикальной клети
и на рольганге перед первой черновой клетью. Длина рольганга составляет Ip^ "Юм.
Скорость движения раската по рольгангу Тр^ = 1,2 м/с. С учетом этих данных находим
Используем формулу (237)
Р, - 1150 - 6 - 1144*С.
Рассчитывав* скорость деформация (вж = 1,25 м/с, см. табл. 35)
1250
«1 = "15б 0,229 " 1>5е ’
По графикам ВЛ. Зхиива находим термомеханические коэффициенты
kt - 0,55; ке - 1,28; ku • 0,85.
Определяем предел текучести металла
0ъ - 83 - 0,55 -1,28 -0,85 - 58 МПа;
376
«»Ti = 1,15-Я - Я МПа.
Среднее контактное давление определяем по формуле (104)
-Я-1м(о,Н* -J^j-ямп,.
Находим усилие прокатки
- Я• 196'1500 - Н-И»кН - 17401.
По формуле (232) определяем коэффициент плече момента
Ф - 0,498 - 0,0203 0,92 - 0,47.
Крутящий момент на одном валке будет
Mnpi ” 17 10s- 0,47 - 0,196- 1570 кН-м-160 т-м.
Проверим загрузку двигателя при выбранном обжатии. За основу примем выраже-
ние (230). Поскольку скорость прокатки постоянна, Мдан “ О- Передаточное отношвкэ
главной линии первой клети составляет i = 23^ (по характеристике стана). Находим
Момент Мтр, затрячявитЛ на преодоление сил трения в передаточной метин, обыч-
но представляет в виде суммы
мтр mtPj * мтра>
где Mjp, - момент сил трения в подшипниках валков; Mjp, - момент сил трения в пере-
легочных механизмах.
Известно, что
«тр.-'М.
(272)
г да d - диаметр цапфы (шейки); /0 - коэффициент трения в ппдшиптпсе.
На стане 2000 применяется подшипники жидкостного трепня (ПЖТ). Принимаем d
1 IBM мм (с учетом втулки-насадки);/па Тот™1 получим
MW1 = 17 • 103 • 0,003 • 1 - 51кН-м;
Величина определяется по формуле
(273)
: передачи двигатель—валки.
где П£ - общий коэффициент полезного действия передачи двигатель—валки.
Согласно литературным данным, принимаем Л £ 0,9. В результате находим
ч
•ад -1W«H-"S
377
Mip - 2,2 + 15,2 » 17,4кН’М.
Момент холостого хода W^x обычно определяют по эмпирической зависимости
М£.Х к (274)
Номинальный момент двигателя Whom указывается я паспорте или в каталоге двига-
телей. Кроме того, сто можно рассчитать по формуле
l^HOM Ипп
д- >«. т
гда 2/®^ - номинальная мощность двигателя, кВт; лот - число оборотов двигателя,
об/мин; Лдв - коэффициент полезного действия двигателя.
На 1-й клети установлен синхронный двигатель мощностью Naou ” к®’ с ’»«лои
оборотов лот - 375 об/мин. Принимаем Пдв 0,95.
При расчете по формуле (275)
5000 • 0,25
«ВОМ - 0,975 ----- 12,3т-м - 12®кН-и.
Возвращаясь к формуле (274), находим
мх.х “ ®»05• 12® = 6кН-м.
Суммарный крутящий момент ня валу двигателя будет
WOT1 = 135 + 17,4 + 6 " 158,4 кН-м.
Коэффициент перегрузки двигателя по моменту составит
W80M 120,0 * 1
что вполне допустимо, т.е. условие (213) выполняется.
Проверим двигатель ня нагрев. Для этого надо рассчитать эквивалентный (среднеквад-
ратичный) момент ня валу двигателя W^^^, Он определяется по формуле (254), кото-
рая в данном случае принимает вид
10-1,30
"ГдГ в,,ве-
Принимаем та »90 с. По формуле (276) получим:
/ 158,4s • 10 + 6s • 90~
Условие Мт№В < Маом выполняется.
Параметры прокатки в остальных клетях черновой группы рассчитываются аналогично.
Величина обжатий в вертикальных валках универсальных клетей выбирается такой,
чтобы ликвидировать уширение, полученное при прокатке в горизонтальных валках.
Уширение может быть рассчитано по формуле Б.П. Бахтиной
378
Ah I -------- Ah \
у")- <277)
Например, при прокатке в первой клети уширение будет (принято/у 0Д5)
Л». 1.»-^-(v?55^r- -из)•»««.
Перейда< к расчету режима деформация в клетях чистовой группы. Определим мак-
мально возможное обжатие по условиям захвата и прочности валков. Принимаем а3 '
- 16‘ = 0,279. Тогда по формуле (213) получим (Bpfnin " 760 мм)
Ahmax ’ «W 380 - 29,6 мм.
Максимально допустимое усилие прокатки составляет 305 • 10= И (см. табл. 35). При-
нимаем ориентировочно ррр * 200 МПа. По формуле (228) находим
1 / 305 - 10а
ДЛпиг- 400 \ 200 1500 j “ Ммм'
Следовательно, частное обжатие ограничивается прочностью валков и на может пре-
вышать 26 мм.
Для расчета распределения обжатий по проходам используем формулу (249). При этом
примем условие, что мощность 1Удеф, расходуемая на прокатку в первых четырех клетях
чистовой группы, одинакова, а в остальных трех клетях составляет соответственно 8,8
и 0,65Npp*. Тогда значения коэффициента Vf по клетям будет следующими
(и 6-й до 12-й): 0,163; 0,325; 0,488; 0,650; 0,780; 0,894; 1,0. Делаем расчет для шестой клети
0,21
т - 0,3 + — - 0,405;
to • i,V___________
Л‘' [0,163 35°<‘” + (1 - 0,163) 2M0SJWMM 16/мм * 17 мм.
Аналогично ведется расчет для остальных клетей. Поыи некоторой корректировки
расчетных данных принимаем следующий режим обжатий в чистовой группе:
Обжатие в чистовом окапиноломателе на учитывалось, так как на става установлен
роликовый окалиноломатель, гда деформация очень мала.
Рассчитаем энергосиловые параметры прокатки в 6-й клети. Определим температуру
раската при поступлении его в чистовую группу. Допустим, температура металла на выходе
из черновой группы составляет 1000 *С. Длина полосы после пятой клети будет
240
10—
Скорость прокатки в 5-й клети: т. 3,9 м/с. Длина промежуточного рольганга состав-
лист /рол = 132,9 м (по характеристике стана); Троп " 4 м/с. Общее время нахождения по-
лосы иа рольганге:
379
68,6 132,9 - 68,6
ТПи з19 * 4j0 “36 С*
Находим падение температуры металла по формуле (248)
1000
At = 1080 + 273 - — = 55’С,
7 iwoзГ
а/---------- +
V / IBOO-t- 273 V 35
\ 180 /
Таким образом, температура металла при входе в шестую клеть будет
t6 = 1М0 - 55 = 1025 *С.
Принимав* скорость выхода полосы на последней чистовой клети т1а - 16 м/с. Тогда
скорость прокатки в 6-й клети составит
hu 2
Определяем длину очага деформация и фактор формы
= ЗД7.
4ср6 35 + И
сечитываа* скорость деформация
1900
-gj- 0,515 - 11,5 с-».
По графикам BJI. Зюзина находим термомеханичеоие коэффициенты
fct - 0,9; ke " М; ku - 1.05.
Определяем предел текучести
о. - 83 0,9 1,4 1,83 - 180 МПа;
(Л - 1,15-100 - 124 МПа.
Для расчета среднего контактного давления могут
мулы, в том числе формуле М.Я. Брсвмана
тъэовнны
Фор-
Рср ° г
(276)
По формуле (273) получим
реРе = 124 (0,75 + 0,25 3,27) - 195 МПа.
Влияние патяхенкя концов полосы на давление может быть учтено дополнительно
с поиощью формулы
380
где Рф - Среднее клипкгвое давление, рскчимваое без учета натяжения; q0 и - сост-
.тетаенно задн з и гареднее удельное вияжание.
Одним в шестой клети заднее натяжение отсутствует, а переднее натяжение невелико,
«тому можно им пренебречь.
Определяем усилие прокатки и крутящий момент на бочке валков
F, 195 - 05-15W - 249-10= кН - 2540т;
ф - 0,498 - 0,0283 - 3,27 - 0,41;
«пр, 249 10* 0,41 • 0,003 - 8йкН-м = М^т-м.
Проверка загруженности двигателя по максимальному и средяЕзалриичному мо-
менту выполняется подобно тому, как ио было сделано для первой клети черновой
группы. *
Аналогично производится расчет шергосиловых параметров в остальных клетях чисто-
кй группы. При определении предала текучести надо учитывая, остаточное упрочнение
металла, для дао служат формулы (264) - (266). Скорости прокатки по клетям определя-
ются из условия постоянства секундных объагов (249).
13. Материал я профилировка валков широкополосных
станов горячей прокатки
Рабочие валки клетей черновой группы изготавливают из обыкно-
пенного углеродистого или магниевого чугуна с отбеленным поверх-
ностным слоем; твердость бочки валков 58-68 ед. по Шору. Иногда
с целью повышения допустимых углов захвата в черновых клетях
р вменяются стальные рабочие валки (стали марок 50ХН, 55Х, 60ХГ).
Рабочие валки чистовых клетей изготавливают из легированного,
например никелемагниевого, чугуна с отбеленным поверхностным
слоем; твердость бочки составляет 62- 72 ед. по Шору. Особо высокие
требования по износостойкости предъявляются к рабочим валкам
последних клетей чистовой группы. Часто эти валки изготавливают
из хромоникелевого чугуна, причем процесс отливки их построен
так, что валки получаются двухслойными, с разным содержанием ле-
гирующих элементов в наружных и внутренних слоях. Например,
^одержание легирующих элементов может быть:
в поверхностном слое - 0,4-1,0 % Мп; 05-0,7% Сг: 3,5-45% №
0,3-0,4 % Мо;
в сердцевине - 0,3-0,7 % Мп; 0,2-0,4 % Сг; 1,2-23 % Ni; 0,1-0,2 % Мо.
Твердость отбеленной поверхности таких двухслойных валков
находится в пределах 70- 85 ед. по Шору.
Опорные валки всех клетей - черновых и чистовых - стальные
(55ХН.60ХГ, 9ХФ).
381
Тж. 1К. Типичное распределение износа вдоль бочек рабочих и опорных валков
Профилировка валков совместно с применением првтивоизгиба
должна обеспечить выпуск полос с минимальной поперечной разно-
толщинностыо. Кроме того, профилировка должна способствовать
устойчивому положению полосы в валках и повышению стойкости
последних. Имеет значение также удобство выполнения профилиров-
ки на вальцешлифовальных станках.
При выборе рациональной профилировки валков учитываются все
факторм, влияющие на форму межвалкового зазора в процессе про-
катки: прогиб валков, их упрогое сплющивание в зонах контакта меж-
ду собой и с полосой, образование тепловой выпуклости, респределе-
ние износа вдоль бочки. Расчет упругих деформаций валков произ-
водится по формулам, приведенным в гл. IV настоящего раздела учеб-
ника. При определении тепловой выпуклости валков можно исполь-
зовать экспериментальные данные, показывающие разность темпера-
тур Л t по середине и по краю бочки для рабочих и опорных валков;
в черновых клетях Л /р = 5-15 ’С; Л = 2- 5 ’С;
в чистовых клетях ДГр = 10-50’С; Д(ОП = 2-10*С.
Следует отметить, что суммарная тепловая выпуклость рабочих
и опорных валков достигает величины 0,2- 0,5 мм (в чистовых клетях),
что существенно для определения исходной профилировки валков.
Характер распределения износа вдоль бочек рабочих и опорных
валков, наблюпающийся в большинстве случаев, показан на рис. 166.
Максимальный износ рабочих валков имеет место на участках, где
прокатываются кромки полосы, что объясняется пониженной темпе-
ратурой кромок и дополнительным поперечным скольжением, вызван-
ным развитием уширения на краях полосы. Глубина износа рабочих
валков в чистовой группе клетей достигает примерно 0,1-0,2 мм на
радиус.
Износ опорных валков происходит в результате проскальзывания
в зоне контакта бочек рабочих и опорных валков. Это проскальзыва-
382
11 fl пи цв 38. Профилировка валков чтонмт клеп*
пи 1700, мм
Клеть Опорные валки* РаБочяв валки I** II**
0,0/0,8 0,0/0,8 0,0/+0,2 0,07+0,2 0,0/0,0 10 0,0/0,0 -0,3/11,0 -0,2/0,0 —0,2/0,0 -0,13/0,0 -0,1/0,0 -0,05/0,0 -0,1/0,0 -0,05/0,0 0,0/0,0 0,0/0,0 0,070,8 + 0,05/0,0
•Знак ’плюс* означай выпуклость, мак *мияуе" - вогнутость валков; численные дан-
:е приведены на диаметр.
’•Соответственно в первую и вторую половину кампании опорных валков.
ние неизбежно при наличии определенной профилировки (выпуклости
или вогнутости) валков и их упругой деформации в процессе прокат-
ки. Межвалковые контактные давления обычно бывают наибольши-
ми посередине бочек валков; соответственно здесь развивается мак-
симальный износ (рис. 166), который достигает 0,3-0,5 мм на радиус.
С учетом всех вышеуказанных факторов профилировка валков
широкополосных станов чаще всего принимается следующая:
рабочие валки черновых клетей - выпуклые (0,2-0,5 мм на диаметр);
то же чистовых клетей - выпуклые, цилиндрические или вогнутые;
опорные валки всех клетей - цилиндрические (со скосами на краях
Почки).
Если применяются выпуклые или вогнутые рабочие валки, то про-
филировка выполняется только на верхнем валке, а нижний валок
। итовится цилиндрическим. В табл. 38 в качестве примера приведена
рекомендуемая профилировка валков клетей чистовой группы непре-
рывного стана 1700. Изменение профилировки рабочих валков во вто-
рой половине кампании опорных валков обусловлено износом пос-
иедних.
Однако следует подчеркнуть, что универсальной, пригодной для
всех станов профилировки валков не существует. Окончательный
ныбор профилировки валков зависит от многих условий: конструкции
(тана, сортамента выпускаемой продукции, системы охлаждения вал-
ков, применения технологической смазки и др.
383
14. Направления и перспективы развития непрерывных
и полунепрерывных широкополосных станов
Учитывая, что на непрерывных и полунепрерывных широкополос-
ных станах производится около 70— 80 % всего горячекатаного листа,
вопросы дальнейшего развития и совершенствования этих станов
имеют исключительно важное значение. Некоторые из разрабатываемых
направлений существенно меняют структуру этих станов и технологию
прокатки.
1. Поскольку непрерывная разливка стали и других металлов посте-
пенно занимает в металлургии преимущественное положение, строи-
тельство новых широкополосных станов должно предусматривать
тесную увязку их работы с работой МНЛЗ. Большим достоинством
МНЛЗ, помимо всего прочего, является возможность получения сля-
бов практически любого поперечного сечения, в том числе тяжелых
слябов толщиной до 350 мм, шириной до 2500 мм и более, массой до
60-70 т. Прокатка таких слябов в полосы толщиной 1-2мм требует
повышения обжимающей способности стана. В связи с этим число ре-
бочих клетей должно быть увеличено в черновой группа до 6-7, в чис-
товой группе - до 8-9. При этом предполагается повысить скорость
прокатки до 30- 35 м/с.
С другой стороны, разрабатывается технология отливки тонких
слябов, толщиной 40-50 мм и менее, которые должны сразу же посту-
пать в чистовую группу клетей. Черновая группа клетей становится
ненужной. В этом случае комплекс МНЛЗ - широкополосный стан
превращается в литейно-прокатный агрегат.
2. Процесс прокатки на непрерывных я полунепрерывных широко-
полосных станах отличается очень большой энергоемкостью. Суммар-
ная мощность главных приводных двигателей рабочих клетей дости-
гает 150000 кВт. В связи с этим актуальны вопросы снижения энерго-
затрат на этих станах.
Существенная экономия топлива достигается в случае применения
так называемой транзитной прокатки, когда горячие слябы после сля-
бинга или с МНЛЗ поступают непосредственно в рабочие клети широко-
полосного стана, минуя нагревательные печи. Такой процесс освоен
на ряде металлургических предприятий, доказана его эффективность.
Однако применение транзитной прокатки требует строгого согласова-
ния работы слябинга или МНЛЗ с работой широкополосного стана,
что на практике не всегда достижимо. Более гибким вариантом явля-
ется использование горячего всада не совсем остывших слябов (с тем-
пературой 700-850 *С) в нагревательные печи.
На самом широкополосном стане значительные потери тепла имеют
место на промежуточном рольганге между черновой и чистовой груп-
384
нами клетей. С целью сокращения этих потерь рекомендуется уста-
навливать теплозащитные экраны. По данным В.Н. Хлопонина и В.П. По-
лухина, применение экранов теплоотражательного типа на промежу-
точном рольганге при прохождении раскатов толщиной 30 мм и дли-
ной 30 м позволяет повысить температуру металла перед входом в
।истовую группу на 45 °C и уменьшить продольный температурный
клин на 30 ’С.
Имеются и более радикальные предложения по сокращению тепло-
вых потерь на широкополосных станах. Канадской фирмой "Stelco”
разработан способ прокатки ’’Coilbox”, который предусматривает смот-
ку раската в рулон после выхода из черновой группы и последующую
размотку его перед задачей в клети чистовой группы. Смотка-размотка
иыполляется с помощью специального перемоточного устройства
(рис. 167). Помимо хорошего сохранения тепла в рулоне, этот способ
прокатки обладает также другими достоинствами: почти полностью
шквиднруется температурный клин по длине раската (за исключени-
ем наружных и внутренних витков рулона), уменьшается число под-
стуженных недокатов при остановках стана, значительно сокращается
длина промежуточного рольганга. Однако применение перемоточного
устройства ограничивает производительность стана.
3. Непрерывные и полунепрерывные широкополосные станы обыч-
ного типа с расположением клетей в один ряд имеют большую длину,
ho вызывает затруднения в обслуживании станов, требует строительст-
ва длиннопролетных зданий большой плопиди. Поэтому разрабатыва-
ются варианты более компактного расположения клетей. Один из
таких вариантов, предложенный фирмой ”В1ап-Кпох Foundry and mill
Machinery” (США), показан на рис. 168. Черновая группа стана состоит
he. 167, Сима перемоточного jupoSuea при прокатка по способу ’Кояпбскс’:
I - последняя червовая клев.; 2 — рольганг; 3 — направляющие ролики; 4 - гвбочвш
ролики; 5 — рулон; 6 — люлька; 7 — отпймпель; 8 — оправка; 9 — передаточный механюм;
f 9 - подающие ролики; 11 — ропщипвые ножницы; 12 — первая чистовая клеть
385
hr. 168. Схема полунепрерывного широкополосного епва с параллельным расположе-
нием черновой в чистовой групп клетей:
1 - нагревательные печи; 2 - перемоточные устройства; 3 - универсальные реверсивные
клети черновой группы; 4 - рашстыватель; $ - летучие ножницы; 6 - чистовая группа
клетей; 7-моталки
из двух близко расположенных универсальных реверсивных клетей.
Процесс прокатки ведется так: сначала раскат проходит через обе кле-
ти, затем производится реверс и прокатка идет в обратном направ-
лении; после этого клети снова реверсируются и следуют два послед-
них прохода в прямом направлении. Таким образом, всего в черновой
группе осуществляется 6 проходов. В процессе прокатки для сохра-
нения тепла применяются перемоточные устройства. Чистовая непре-
рывная группа из б клетей расположена параллельно черновой группа.
Скорость прокатки на выходе составляет 11,4 м/с. В сортамент стана
входят полосы толщиной 1-19 мм, шириной 760-1525 ым. Особо сле-
дует обратить внимание на относительно малую длину стана - всего
*230 м.
4. При большом объеме производства полосовой стали целесообраз-
на постановка вопроса о специализации непрерывных широкополос-
ных станов. Например, имеются рекомендации по строительству ста-
нов отдельно для прокатки полос толщиной 1-6 мм и прокатки более
толстых полос (7-25 мм), При такой специализации можно добиться
более рационального использования оборудования, включая измене-
ние его состава, обеспечить повышение качества выпускаемой про-
дукции.
5. Хотя основную часть сортамента непрерывных широкополосных
ставов составляют низкоуглероднетые стали, в значительных коли-
чествах прокатываются также среднеуглеродистые, низкблегирован-
ные и легированные стали. При производстве полос из низколегиро-
ванных сталей в ряде случаев эффективно применение контролируемой
386
прокатки. Она осуществляется путем деформации металла в чистовой
группе при пониженной температуре с одновременным увеличением
обжатий в последних клетях.
В некоторых случаях находят применение специальные режимы
охлаждения полос на отводящем рольганге. Например, для среднеуг-
леродистой стали рекомендуется следующий режим: температура
конца прокатки 830-900’С; быстрое охлаждение до 700-750 °C; замед-
ленное охлаждение до 480-550 °C (для обеспечения высокой пластич-
ности металла); быстрое последующее охлаждение.
6. В связи с тенденцией увеличения производительное™ широко-
полосных станов и неуклонным повышением требований к качеству
продукции возникает особая необходимость в использовании АСУ ТП
на этих станах. С помощью АСУ ТП решаются все основные техноло-
гические задачи: соблюдение оптимального режима нагрева слябов,
распределение обжатий по клетям, настройка черновых и чистовых
клетей, поддержание заданных скоростных и температурных парамет-
ров прокатки, слежение за точностью размеров и формы прокатываемых
полос и др. Внедрение АСУ ТП позволяет дополнительно повысить
производительность стана, увеличить выпуск продукции первого сорта,
сократить численность трудящихся.
15. Прокатка полос на реверсивных станах с печными
моталками
Реверсивные станы с печными моталками имеют компактный сос-
тав оборудования и предназначены для прокатки относительно неболь-
ших партий полос, в основном из легированных сталей и цветных
металлов; их производительность составляет 0,2-0,5 млн. т/год. На
этих станах прокатывают полосы толщиной 1-8 мм, шириной до
1800 мм.
Стан состоит из двух или (реже) одной клети. Первая клеть двух-
клетевого стана - черновая унниерсальная дуо или кварто. В этой
клети нагретый сляб или слиток раскатывается за 5-9 реверсивных
пропусков в полосу толщиной 12-16 мм, которая затем передается
в последовательно расположенную чистовую клеть кварто с барабан-
ными моталками в печах (рис. 169). В процессе прокатки полоса боль-
шую часть времени находится в подогревательных печах: с одной мо-
талки она сматывается, на другую наматывается. Такие условия про-
катки позволяют поддерживать температуру металла приблизительно
на постоянном уровне. В чистовой клети выполняется 3-7 пропусков.
Прокатка ведется с натяжением, которое создается с помощью тянущих
роликов (см. рис. 169). Однако передние и задние концы полос прокаты-
ваются без натяжения (без переднего или заднего). Скорость прокатки
387
Fir. IE). Сима реверсивной чистовой клети с печными моталками
1 - рабочая клеть кварто; 2 - барабанные моталки в печах; 3 —
4 — поднимающиеся проводки; 5 - тянущие ролики
в последних пропусках достигает 10 м/с. После завершения прокатки
полоса сматывается в рулон на моталке, установленной в конце от-
водящего рольганга.
На рис. 170 показана схема расположения оборудования двухклете-
вого стана 1200 с моталками в печах. Стан предназначен для прокатки
полос толщиной 1,5-4 мм, шириной 600-1050 мм из электротехничес-
ких и углеродистых сталей. Заготовкой служат слябы толщиной ISO-
210мм, массой до 4,5 т. Краткая техническая характеристика клетей
приведена ниже
Клети.........................................
Диаметр валков, мм ..........................
Мощность двигателя, кВт.......................
Максимальная скорость прокатки, м/с ..........
Черновая дуо Чистовая кварто
850 620/1250
2950 3000
Примечание. Вертикальные валки диаметром 600 мм черновой клети приводятся от
индивидуальных двигателей мощностью по 380 кВт.
Рж. 171. Схематичный шин расположения оборудования двужлетевого стана 1200 с печ-
ными моталками
j - нагревательная печь; 2 — черновая универсальная клеть дуо; 3 — ножницы для обреа-
кя передних и аадяих концов; 4 — моталки в петах; 5 - чистовая клеть кварто; 6 — отво-
дящий рольганг; 7 - концевая моталка
388
По проекту УЗТМ создан одноклетевой стан 2000 с печными мотал-
ками для прокатки полос толщиной 1-4 мм, шириной 850-1000 мм
из труднодеформируемых титановых и жаропрочных сплавов. Рабочие
клеть кварто имеет рабочие валки диаметром 500 мм, опорные -
1400 мм; мощность привода И 00X2 кВт. Максимальная скорость про-
катки 10 м/с.
Исходя из сказанного, можно отметить следующие основные дос-
тоинства станов с печными моталками: сравнительно небольшая масса
оборудования и малая занимаемая площадь; гибкая технология, поз-
воляющая легко изменять количество пропусков и величину обжатий;
возможность осуществления прокатки в узком температурном интер-
вале. К числу недостатков этих станов относятся: небольшая произ-
водительность; повышенная разнотолщинноеть полос (утолщенные
концы); невысокое качество поверхности металла, так как все заклю-
чительные пропуски проводятся в одних и тех же валках.
16. Планетарные полосовые станы
Планетарные станы по своему устройству и принципу действия
существенно отличаются от обычных прокатных станов. Имеется
несколько типов планетарных станов; наиболее распространенными
являются станы конструкции Сендзимира и Круппа- Платцера.
Стан типа Сендзимира (рис. 171) состоит из двух приводных опор-
ных валков большого диаметра, каждый из которых окружен набором
холостых рабочих (планетарных) валков малого диаметра. Рабочие
валки закреплены в сепараторах. В процессе прокатки опорные валки
и сепараторы вращаются по ходу движения полосы. Сепараторы вра-
щаются за счет действия сил трения на контакте между рабочими и
опорными валками; их угловая скорость меньше, чем скорость опор-
ных валков. Из анализа кинематики также видно, что рабочие валки
вращаются против хода прокатки, поэтому они не могут захватив гь
и продвигать полосу. Для осуществления процессе планетарной п о-
катки необходимо применение заталкивающей силы Q (рис. 171, о).
Такая сила создается с помощью специальных задающих валков, ко-
торые устанавливаются в одной клети вместе с планетарными валками.
Планетарные станы отличаются очень высокой обжимающей спо-
собностью. Каждый рабочий валок, соприкасаясь с металлом
(рис. 171,6), совершает небольшое обжатие (0,2-0,5 мм), но полоса,
проходя через эону деформации, подвергается многократному воз-
действию рабочих валков, благодаря чему суммарное обжатие дости-
гает 95- 98 %. В результате очень интенсивной деформации температу-
ра металла при обработке не только не падает, но даже повышается
на величину порядка 50-150'С. Этот эффект позволяет снизить тем-
389
Рие. 171. Схем» планетарной прокатки:
а - узел планетарных валков; В - зова действия одного рабочего валка; 1 - полоса; 2 -
опорные валки; 3 - рабочие валки; 4 - сепараторы
пературу нагрева металла перед прокаткой, что способствует умень-
шению окалинообразования.
При выходе из планетарных валков на поверхности полосы оста-
ются небольшие поперечные волны (гребешки). Для устранения их
применяется дополнительная прог лад очная клеть. Состав основного
оборудования агрегата с планетарным станом показан на рис. 172.
На ппанетарных станах прокатывают полосы сечением (1 + 6) X
X (200 -г- 1300) мм из слябов толщиной 40-150 мм. Основные конструк-
тивные параметры этих станов', диаметр опорных валков 400-1400 мм;
диаметр рабочих валков 50-200 мм; число рабочих валков на одном
опорном 20-30; скорость входа сляба 0,3-3,5 м/мин; скорость выхода
полосы 0,5-2,0 м/с; мощность главного двигателя планетарной клети
500-6000 кВт. Производительность агрегата, в зависимости от сорта-
мента прокатываемых полос и коэффициента использования, состав-
ляет 10- 200 тыс. т/год.
Станы типа Круппа-Платиера (рис. 173) отличаются от станов Сендзи-
мира тем, что рабочие валки, осуществляющие деформацию, опира-
ются на промежуточные валки; последние катятся по неподвижным
круглым балкам (опорным валкам). Рабочие и промежуточные валки
закреплены в сепараторах, которые получают вращение от двигателя.
390
Fee. 172. Схема шивстарното става конструкции Сешиимира:
- заготовка (сляб); 2 - проходная нагревательная печь; 3 — вертикальные валки (эдже-
ры); 4 - задающие валки; 5 - проводах; f - узел планетарных валков; 7 - пилерегуля-
тор; 8 — валки прогладочвой клети; 9 — летучие ножницы для обрезки концов полос;
JJ-моталка
Существуют станы с одним только планетарным валком, а роль
второго деформирующего инструмента выполняет обычный цилиндри-
ческий валок или неподвижная плита (станы японской фирмы Дайдо).
Эти станы более просты в настройке (отпадает необходимость в синхро-
низации движения сепараторов на двух опорных валках), но их обжи-
мающая способность ниже, чем у станов с днумя планетарными вал-
ками.
Область применения планетарных станов - это в основном прокат-
ка малых партий полос специальных труднодеформируемых сталей
и сплавов. Главным достоинством этих станов является возможность
осуществления интенсивной деформации при компактном составе
оборудования. К числу существенных достоинств этих станов также
относятся гибкость технологии и возможность проведения деформа-
ции без падения температуры металла. Однако эти станы имеют низ-
кую производительность и сложное оборудование, которое подверга-
ется быстрому износу в связи с циклическим, толчковым характером
нагружения.
Большие перспективы в развитии планетарных станов открываются
я связи с возможностью использования их в составе агрегатов непре-
рывной разливки металлов. Скорость выхода полосы из МНЛЗ в дос-
таточной мере совпадает со скоростью входа заготовок (слябов) в пла-
нетарную клеть. Отсюда следует, что имеются реальные условия для
совмещения планетарных станов с МНЛЗ и создания единых литейно-
прокатных агрегатов. Технико-экономические показатели таких
комплексов могут быть исключительно высокими.
391
Ъе. 173. Схема планетарной клеш конструкции Круппа-Платцера:
1 — полоса (заготовка); 2 - задахяпие валки; 3 - неподвижные опориь
ней клети; 4 - промежуточные ваша; 5 - рабочая валки; 6 - евпярхпци
17. Производство листовой продукции на литейно-
прокатных агрегатах
Если в черной металлургии создание и освоение литейно-прокатных
агрегатов находится только в начальной стадии, то в цветной метал-
лургии такие агрегаты уже получили широкое распространение. Они
наиболее успешно применяются при производстве полос из металлов
с относительно низкой температурой плавления, ие превышающей
1000’С. К числу таких металлов относятся алюминий и его сплавы,
цинк, свинец.
Все литейно-прокатные агрегаты, в зависимости от места располо-
жения очага пластической деформации, можно подразделить на два
типа:
1) агрегаты, в которых обжатие осуществляется сразу же вслед за
кристаллизацией, в том же инструменте;
2) агрегаты с раздельным осуществлением процессов кристаллизации
и прокатки.
Первый тип представляют агрегаты валковой конструкции (рис. 174).
В зеве валков-кристаллизаторов происходит как затвердевание ме-
талла, так и обжатие полосы. Подача жидкого металла в межвалковое
пространство производится либо сбоку (рис. 174, о), либо снизу, при
расположении валков в горизонтальной плоскости (рис. 174, б). Оба
392
Гж. IX Виковые лимйвмцхмтные «греиы:
s - с боковой подачей жидкого измят; 6 - с вертикальней подачек симу; I - жидкий
иеплл; 2 — раафеделинлыпе устройству 3 - валки; 4 - зтерщвплм и обжатая полоса
лих варианта реализованы в промышленности. На агрегатах такого
типа получают в основном алюминиевые листы толщиной б - 12 мм,
шириной до 1000 мм и более (предполагается довести ширину листов до
2000 мм).
Для получения продукции высокого качества валки-кристаллиза-
торы должны быть достаточно жесткими и не перегреваться. Они из-
1 сдавливаются составными. Сердечником служит массивный стальной
тержепь со спиралевидными каналами на поверхности для протека-
ния охлаждающей воды. На сердечник насаживается стальной бандаж
толщиной 40 мм и наружным диаметром около 500 мм. Валки уста-
навливают в клеть с гидравлическими нажимными устройствами.
Во избежание налипания металла на поверхность валков наносят тех-
нологическую смазку, например водный раствор графитового пре-
парата.
Большое влияние на результаты формирования полосы оказывает
работа распределительного устройства, куда заливают жидкий металл.
Оно состоит из приемной ванны и насадок, обеспечивающих равномер-
ный подвод металла по всей ширине валков и удержание его в меж-
валковом пространстве. Насадки изготавливают, например, из мине-
рала маринита, который не взаимодействует с жидким металлом.
Для очистки металла от неметаллических включений используют
сетчатые фильтры из тугоплавких материалов, устанавливаемые в
разливочном желобе и приемной ванне. Отмечают, что при подаче
металла снизу (рис. 174, б) количество неметаллических включений
начительно уменьшается.
При стабильном ходе процесса затвердевание жидкой фазы закан-
чивается на некотором расстоянии до осевой линии валков, так что
393
полоса при дальнейшем продвижении в валках подвергается сущест-
венному обжатию - до 40-60%. Непрерывно литые" и обжатые полосы
могут быть дополнительно прокатаны на различных станах, вплоть
до получения фольги толщиной 4- 6 мкм.
В качестве примера литейно-прокатного агрегата с раз делением
процессов кристаллизации и обжатия на рис. 175 приведена схема ус-
тановки ’’Cominko” (Канада) для производства свинцовых пент тол-
щиной 0,25-1,25 мм. В данном случае кристаллизатором служит один
внутриохлаждаемый барабан. Снимаемая с него затвердевшая лента
затем пропускается через обжимные ролики.
hr. 175. Схема установки для получения свинцовой полосы из расплава:
J - жидкий свинец; 2 - барабан-кристаллизатор; 3 - свинцовая полоса; 4 - обжимные
ролики; S — направляющие ролики; 6 - натяжное устройство; 7 - дисковые ножницы для
обрыки кромок; 8 - прижимной ролик; 9 - намоточная машина
Рж. 176. Схема литейно-прокатного агрегата для производства стальных полос:
1 - вертикальная МНЛЗ; 2 - правильная машина; 3 - автогенный реаак; 4 - методическая
проходная печь; S - устройство для гидросбива окалины; 6 — планетарный стан Сендзи-
мира; 7-прог ладочная клетьдуо; 8-моталки
394
Как отмечалось выше, литейно-прокатные агрегаты для производст-
ва стальных полос часто имеют в своем составе планетарный стан.
Схема такой установки, созданной фирмой ’’Benteler Метке” (ФРГ)
для получения стальных полос шириной 420 мм, показана на рис. 176.
В линию включен планетарный стан конструкции Сендзимира. Перед
поступлением в планетарный стан заготовка подогревается в проход-
ной методической печи. В мире построено несколько аналогичных
агрегатов.
18. Дефекты горячекатаных листов и полос, меры
по их предотвращению и устранению
Характерные признаки дефектов листового проката описаны в
ГОСТ 20847- 75 "Прутки, полосы и профили горячекатаные и кова-
ные из сталей и сплавов. Дефекты поверхности. Термины и определе-
ния” и ГОСТ 21014-75 ’’Листы и ленты. Дефекты поверхности и формы.
Термины и определения”.
Рассмотрим основные виды дефектов по группам:
1. Несоблюдение точности размеров и формы проката. Сюда отно-
сятся: отклонения по толщине, ширине и длине листов (полос), вклю-
чая продольную и поперечную разиотолщинность; образование серпо-
видности, волнистости, коробоватости.
Многие из указанных дефактов возникают по причине неправильной
настройки стана, несоблюдения предписанного режима деформации.
Повышенная продольная разнотолщиниостъ чаще всего вызывается
большим температурным перепадом по длине раската. Поперечная
разиотолщинность является следствием неудовлетворительной профи-
лировки валков, большой их выработки, недостаточного использовании
системы противоизгиба. Серповиднасть полос в плане возникает
пследствие различного обжатия по одной и другой стороне раската.
Яолнистость обычно образуется вблизи боковых кромок полосы из-за
повышенного обжатия на этих участках. Для устранения волнистости
надо либо увеличить выпуклость валков (например, путем усиленного
охлаждения краев бочки), либо понизить обжатие, чтобы уменьшить
прогиб валков. Коробова гость возникает при повышенном обжатии
средней части полосы; для ее устранения надо уменьшить выпуклость
валков или увеличить обжатие.
2. Нарушения сплошности металла: сквозные разрывы, трещины,
рваная кромка, плены, расслоения и др. Появление этих дефектов в
рачительной мере связано с нарушением технологии выплавки, рас-
кисления и разливки металла. Однако некоторые из них могут быть
и прокатного происхождения
Сквозные разрывы (рис. 177, о) образуются в местах, где металл
395
Рж. 177. Виды дефектов горячекатаных полос и листов:
о - сквозные разрывы; б — плена на поверхности; в - расслой; г - вкатанная окалина
396
имеет резко пониженную пластичность. Такими местами являются
копления неметаллических включений, остатки усадочной рыхлости,
[ слившиеся внутренние пузыри и др. По тем же причинам возникают
грубые трещины и рваная кромка. Кроме того, эти дефекты образуются
j случае перегрева и особенно пережога металла при нагреве перед
прокаткой. Плены на поверхности полос представляют собой отслоения
юыкообраэной формы, соединенные с основным металлом лишь одной
тороной (рис. 177,6). Во многих случаях плены имеют слиточное
происхождение, т.е. они зарождаются в процессе разливки металла,
। затем раскатываются. Причиной их образования могут быть также
копления неметаллических включений в приповерхностных слоях
металла, вскрытие газовых пузырей, наличие глубоких канавок на
поверхности слитков и слябов (результат неправильной зачистки) и пр.
Расслоение листов по толщине (рис. 177, s) возникает главным обра-
зом из-за большой загрязненности внутренних слоев металла неметал-
лическими включениями.
3. Дефекты поверхности проката- вкатанная окалина, царапины,
отпечатки от сетки трещин на поверхности валков (сетки разгара),
местные выступы и вдавлины и др. Вкатанная окалина имеет вид от-
дельных вкраплении или дорожек на поверхности металла (рис. 177, г).
Для предотвращения этого дефекта должна быть улучшена работа
пкалиноломателей и гидросбива. Вредное влияние на последующее
удаление окалины оказывают нарушения режимов нагрева слябов
или слитков. Пара пины на поверхности полос возникают в результате
1|мвмирования металла острыми частями направляющей арматуры
и испорченной поверхностью транспортирующих роликов. Такие де-
фекты, как отпечатки на поверхности полос (выступы, вдавлины,
сетка), полностью зависят от состояния поверхности валков; послед-
нее должно постоянно контролироваться.
4. Неудовлетворительные структура и физико-механические свойст-
во метила. Если химический состав металла выдержан, то причинами
отклонений по структуре и свойствам являются нарушения режимов
деформации, особенно в последних пропусках, несоблюдение заданных
। мператур конца прокатки и смотки полос. Разумеется, структура и
нойства металла существенно зависят от выполнения режимов терми-
ческой обработки (в тех случаях, когда она применяется).
19. Техникоэкономические показатели производства
-лчекатаных пистоли полос
Практически возможная часовая производительность станов опре-
цсляется по формуле (2). Коэффициент использования стана ки обыч-
но принимают в пределах 0,85-0,90; он тем выше, чем совершеннее
397
агрегат и лучше организация работы на нем. Методика определения
такта прокатки Г зависит от того, каков характер работы стана: ревер-
сивный или непрерывный. На толстолистовых станах с реверсивными
клетями расчет машинного времени и такта прокатки ведется по фор-
мулам, общим для всех случаев реверсивной штучной прокатки (на-
пример, по аналогии с блюмингами). На полосовых станах с непрерыв-
ной чистовой группой клетей такт прокатки определяется по формуле:
Г в ти + тн в * т„, (280)
»п
где ти - машинное время, с (время нахождения полосы в валках,
одинаковое для всех клетей непрерывной группы); тп - время паузы
между концом прокатки предыдущей полосы и началом прокатки
следующей полосы, с; /п - длина полосы после выхода из последней
клети, м; Уп - скорость прокатки в последней клети, м/с..
Если скорость прокатки в чистовой группе является переменной
(прокатка с ускорением), то это должно учитываться при определении
Машиного времени тм.
Часовая производительность станов сильно зависит от размеров
выпускаемых листов и полос. Чем больше толщина проката, тем выше
производительность стана, так как сокращается количество пропус-
ков (на реверсивных станах) и уменьшается длина полос, что в конеч-
ном итоге ведет к сокращению такта прокатки. С увеличением ширины
листов производительность также возрастает. Существенное значение
имеет химический состав прокатываемого металла. При прокатке
листов из легированных сталей и других труднодеформируемых ме-
таллов производительность снижается, так как приходится увеличи-
вать количество пропусков и уменьшать скорость прокатки.
В табл. 39 приведены приближенные практические данные по ча-
совой производительности двухклетевых толстолистовых и непрерыв-
ных широкополосных станов.
Средняя часовая производительность для всего сортамента стана
рассчитывается по формуле (4). Годовая производительность стана
равна произведению средней часовой производительности на факти-
ческое число часов работы в году; последнее определяется из выра-
жения (6). На практике фактическое число часов работы в году чаше
всего находится в пределах 7000-7500 ч.
К числу ваяяых технико-экономических показателей откосится расход металла, электро-
анергии, других материалов и энергоносителей на 1 т готовой продукции. В табл. 40 при-
ведены сведения по коэффициенту расхода металла крМ при производстве различных
видов листов и полос из слябов.
Из приведенных данных видно, что при прокатке листов штучным способом на толсто-
листовых ставах расходный коэффициент миалла значительно выше, чем при прокатке
398
Таблица 39. Чмош1 препон велъность«вторыхтоячтоточстд
и шнрсжооолоаых ставив i щщчД прокатки
Станы Часовая производительность (т) при прокатке «алей
углеродистых низколегирован- ных легированных
Толстолистовые* 2800 110/200 100/190 60/150
3600 180/350 160/340 120/300
Непрерывные** 1700 450/700 400/650 220/240
2000 700/1000 600/750 -
*В числителе - для листов толщиной 8 мм, в знаменателе - для листов толщиной 24 мм.
"В числителе - для полос толщиной 2-3 мм, в знаменателе - для полос толщиной 5 мм.
Таблица 40, Расходные ксвффициашы металла горяч* прокикх (ааготоизи-слябы) П ЛИСТОВЫХ CTIBKX
Листовая сталь Расходный козффициент на стане двухклетезом непрерывном толстолистовом
перо дистая кипящая:
в листах.................................... 1,13-1,18 1,04-1,07
в рулонах................................... - 1,02-1,03
Углеродистая спокойная и низколегированная:
в листах........................................ 1,16—1,20 1,05-1,08
в рулонах................................... - 1,03-1,07
Легированная:
в листах........................................ 1,18-1,2$ 1,07-1,12
в рулонах................................... - 1,04-1,10
на непрерывных станах. Это объясняется большой боковой и концевой обреэыо, которая
отставляет 10-20 % от массы листа. Особенно велик козффициент расхода металла при
прокатке толстых листов из слитков! в иом случае его величина колеблется в пределах
1,3-1,8.
Расход топлива (тепла) на 1 т нагреваемого металла составляет примерно: при нагреве
слябов на толстолистовых станах 2500 МДж, на широкополосных станах 2100 МДж; при
лагреве слитков на толстопистовых станах 3300 МДж. Приведенные цифры относятся к
холодному посаду слябов и слитков в нагревательные печи. При горячем посаде расход
топлива сокращается на 20-30 % и более.
Расход электроэнергии на 1 г проката, включая затраты на термообработку и отделку,
иа толстолистовых и широкополосных станах примерно одинаков и составляет 60—
90 кВт • ч.
Расход воды определяется потреблением ее для охлаждения нагревательных устройств
399
(печей), охлаждения валков в других апшенмв оборудования става, гидроебхва и смыва
окаливы, охлаждения полос на итволшш рольганге, термообработки. Без учета повтор-
ного использования расход волы на толстопистовых станах достигает 20-М м’/т, на широ-
кополосных станах - 25-40 м^/т (соответственно 2000—3000 mVi и 12000-20000 м’/ч).
Расход валкое из листовых станах горячей првкетжя разных типов сбыли» находится
в пределах 0,8—1,5 кг/т.
Анализируя себестоимость листового проката, можно сделать вы-
вод, что основную долю ее составляет стоимость исходной заготовки
(слябов, слитков). Расходы по переделу составляют от 5 до 21 %; они
уменьшаются при увеличении производительности стана.
Контрольные вопросы
1. Назовите типы листовых станов горячей прокатки, дайн их краткую харяктеритяку.
2. Какие сочетания рабочих клетей применяются на двухклетевых толсголистовых ста-
нах? Какие на вих являйся более перспективными?
3. Укажите состав оборудования одноклетевых в двулклетевых толстолистовых станов.
4. Назовите основные телиоляические операции вря пропводетее толстых листов.
5. Какие схемы прокатки применяются на двулклетевых толстслистовых станах?
6. Какие факторы ограничивают величину частный обжатий при прокатке толстых лис-
тов?
7. Из каких материалов итоотжвливают рабочие и опорные валки толстолистовых станов?
8, Что понимается под профилировкой валков листовых станов? Каю® причины вызы-
вают необходимость профилировки валков?
9, Назовите распроираншные способы производстве биметаллических листов, объясни-
те их сущность.
10. Укажите основные направваилл совершенствовании производств толстых листов.
11. Дайте характерилику состава оборудования ветрерывных широкополосных станов
горячей прокатки.
12. Чем полунарерыввые пярокопопосада станы отличимся от непрерывных? В чат
заклю вися их прашущеява и недостатки?
13. Опилите тевашогжю горячей прекатки широких полое.
14. Для чего применяется прокатка е ускорение* в непрерывной группе клетей шире-
коволосиых станов?
15. Назовите оптимальные явления температур конца прокатки я смотки полос из
низкоуглеродистой стали.
16. Какие факторы ограничивают величину обжатий в черновой группе клетей широко-
полосных станов? В чистовой группе клетей?
17. Как определяется скорость прекатки по клетям в чистовой груши!
18. Из каких материалов иячлавливают валки широкополосных станов?
19. Назовите и поясните оагавиые направладш! развития f прерывных и полунитрерыэ-
ных широкополосных станов.
20. Дайте харакаермлику реверсивных станов с печными моталками, укажите их
преимущества в недостатки.
21. В чем заключается сущность планетарной прекатки! Опишите устройство планетар-
ного стане кеаструкщп| Сендоимира.
22. Каковы перспективы пр i епия полосовых пиа рных станов?
23. Изобразите схемы формирования полое ка литейно-прокатных агрегатах валкового
24. Назовите основные группы дефектов горячекатаных листов и полос.
25. Что надо слепить, чтобы устранить волнистость или коробсвиость прокатываемых
листов?
400
26. Назовите расходные коэффициенты металла при прокатке листов из углеродистой
стали на толстопистовых и широкополосных станах.
27, Какой процент составляют расходы по переделу в себестоимости листового проката?
Глава Ш. холодная прокатка листов,
ПОЛОС И ЛЕНТ
I. Общая гарактеристикя производства холоднокатаных -истов
Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших
преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы
толщиной менее 0,8-1 мм, вплдть до нескольких микрон, что горячей
прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение про-
дукции более высокого качества по всем показателям - точности
размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам.
Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое исполь-
зование как в черной, так и в цветной металлургии.
Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокат-
ки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатки.
При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается);
в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится
проводить отжиг. Технология производства холоднокатаных листов
включает большое число переделов, требует применения сложного
и многообразного оборудования.
В настоящее время доля холоднокатаных листов в общей массе
тонколистового проката составляет около 50%. Производство холод-
нокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться.
Основную массу (примерно 80 %) холоднокатаных листов составляет
низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм,
шириной до 2300 мм. Такую тонколистовую сталь широко используют
в автомобилестроении, поэтому часто ее называют автопистом.
Методом холодной прокатки производят почти всю жесть - про-
дукцию, идущую в больших количествах для изготовления пищевой
тары, в частности консервных банок. Материалом для жести также
служит низкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть
выпускают с защитным покрытием, чаще всего - оловянным. Жесть
прокатывают в виде полос толщиной 0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм.
К числу распространенных видов холоднокатаной продукции также
относятся: декапир (травленая и отожженная сталь, применяемая
при производстве эмалированной посуды и других изделий с покры-
тиями), кровельный лист (часто выпускается оцинкованным), низко-
легированные конструкционные стали. Особо следует отметить две
важные группы легированных сталей - коррозионностойкую (нержа-
веющую) и электротехническую (динамную и трансформаторную).
401
В цветной металлургии холодная прокатка применяется для по-
лучения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов,
меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других
металлов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая
фольга выпускается в виде полос минимальной толщиной 0,005 мм,
шириной до 1000-1500 мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной
листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов
различной конструкции, с очень разными техническими характерис-
тиками и уровнями производительности.
2. Типы станов холодной прокатки
Все станы ло технологическому назначению можно подразделить на
прокатные, дрессировочные и прокатно-дрессировочные. Сначала рас-
смотрим собственно прокатные станы.
Наиболее высокопроизводительными являются непрерывные станы,
состоящие из двух-шести последовательно расположенных кле-
тей (рис. 178). Для производства наиболее массового вида продукции -
конструкционных листов из углеродистых и низколегированных ста-
лей - применяются четырех-пятиклетевые непрерывные станы, рас-
считанные в основном на прокатку полос толщиной 0,3-3,0 мм, ши-
риной 600-2350 мм. Прокатные клети конструкции кварто имеют
рабочие валки диаметром Dp = 500- 660 мм, опорные валки Dm 1300-
1600 мм; длина бочки валков Lc = 1700- 2500 мм. Максимальная ско-
рость прокатки vH = 25-30 м/с. В табл. 41 приведена техническая ха-
рактеристика некоторых промышленных четырех- и пятиклетевых
непрерывных станов холодной прокатки.
Для производства жести применяются специализированные пяти-
и шестиклетевые непрерывные станы с длиной бочки валков Lg до
1450 мм. На этих станах прокатывают полосы толщиной 0,1-1,0 мм,
шириной до 1300 мм. Максимальная скорость прокатки достигает
40 м/с.
Двух- и трехклетевые непрерывные станы находят применение
главным образом при прокатке полос цветных металлов. В черной
металлургии такие станы используются в основном для вторичной,
дополнительной прокатки тонких полос и жести после промежуточ-
ного отжига (прокатно-дрессировочные станы, см. ниже).
Развитие непрерывных станов привело к созданию станов бесконеч-
ной прокатки (рис. 178, б). На этих станах передний конец каждого
следующего рулона сваривается встык с задним концом предыдущего
рулона, причем это делается без прекращения процесса прокатки.
Во время соединения рулонов полоса поступает в валки из петлеоб-
разующего устройства (накопителя полосы). Производительность ста-
402
hce. 178. Схемы ввтрпмвных ««нов поруленной (о) и бесконечной (б) прокяки:
рыматымтеяи; 2 - рабочие клети; 3 — моталки; 4 - ножницы; J - яыкоеварочная
ышина; J - пстлвобриуищее устройство; 7 - летучие ножницы
нов бесконечной прокатки на 50-70% выше, чем обычных непрерыв-
ных станов, ведущих порулонную прокатку. Более подробно работа
станов бесконечной прокатки описана в следующем параграфе.
Непрерывные станы всех модификаций имеют наилучшие технике-
жономические показатели при прокатке крупных партий однородной
продукции. Частые перенастройки резко снижают эффективность ра-
боты этих станов. Вместе с тем на металлургические предприятия
поступает большое число заказов на прокатку малых партий листов,
в том числе из различных легированных сталей. В этих случаях целе-
сообразно применение одноклетевых реверсивных станов, которые
сравнительно просты в настройке и позволяют вести прокатку в любое
необходимое число проходов.
Одноклетевые станы очень разнообразны по конструкциям и раз-
мерам. В черной металлургии наиболее часто применяются реверсив-
ные станы с рабочими клетями кварто и 20-валковыми (рис. 179, а, б).
Станы кварто имеют длину бочки валков LB до 2300 мм (чаще 1200-
1700 мм). Они предназначены в основном для прокатки полос из угле-
родистых и легированных сталей толщиной более 0,5 мм, хотя иногда
403
Таблиц* 41, Хчяктфкмоса «вторых i
t углородваых аал*
Завод (фирм*), город, Страна Длина бочки валков, Диаметр валков, мм Размеры готовой полосы, Толщина Макси- мальная масса рулон». Суммар- ная мощ- ность главных двигате- тыс-кВт Макси- мальная скорость прокат- ки, м/с llh’i
мм исходного
рабочих опорных толщина ширина мм
Комбинат ии. Ильич*. 1700 500 1300 0,4-2,0 700—1550 1.8—5.0 30 16,8 25 l.o
Мариуполь "Стил Компани оф К*- нада", Гамильтон, К*- 2030 585 1525 0,34—3,4 600—1880 Нет свел. Нет свел. Нет свел. 17,3 Нетевед.
ад* "Аугует Тиссен-Хютте", Дуйсбург-Хамборн, ФРГ 2030 585 1525 0,4-2,75 750-1850 Нет свел. 30 20 20 0,96
Карагандинский МК, 1700 800 1500 0,4- 3fi 700-1550 1Л-6.0 45 44,2 25 1,3
Темиртау Новолипецкий МК, Липецк 2030 615 1600 0.4-3.0 900—1850 1,8-6,0 35 50,4 31,5 2Л
"Сумитомо метал кк- дастрис", Касим*, Япо- ния 1700 -600 1525 0,25-3,2 610-1625 1,8—6,5 42 Нетевед. 30 Нетевед.
Продолжение табл. 41
Завод (фирма), город, страна lib Диаметр валков, Размеры готовой полосы. Толщина Макси- мальная масса рулона. Суммар- наямощ- ность глазных да иг пе- тые. кВт Макси- мальная скорость прокат- ки, м/с Годовая произво- дитель- ность, млн. т
исходного
рабочих опорных толщина ширина
'Сия виппон сэйтецу”, Нагоя, Япония 1725 585 1525 03-3,2 700-1600 1,8-6,0 60 26Д 25 1.8 1,09
Янгстаун Шит энд Тьиб", Индиана Харбор, США 2030 585-660 1525 0,25-3,65 До 1880 До 4.19 45.4 28,32 30,2
"Кониклейке нидер- лаидске хоговенс знд сталфабрикен", Эймвй- дап, Нидерланды 2210 610 1525 0,25-3,17 580-2050 До 6,35 45 зол 25,5 1.5
"Син шошон сэйтецу", Кимкцу, Япония 2285 660 1525 0,25-3.2 510-2080 2,0—6,5 60 Нетевед. 30,5 Нетевед.
Рж.175. Схемы одноклететых реверсивных смяов и рабочих клмей различной конст-
рукции
в - кварто; б — 20-валковый; е - типа MKW; г - б-валковый типа НС; д - 5-валковый
(стан Тейлора); 1 - рмматыватель; 2 - моталки; 3 - рабочие валки; 4 - опорные валки;
S—промежуточные валки; б - опорные ролики
применяются и для прокатки жести толщиной 0,2- 0,3 мм (при неболь-
ших объемах производства). Максимальная скорость прокатки состав-
ляет 10- 20 м/с.
Многовалковые, в частности 20-валковые, станы имеют то преиму-
щество, что позволяют вести прокатку в валках малого диаметра.
20-валковые станы (рис. 179, б) применяются главным образом для
прокатки тонких и тончайших полос и лент из легированных сталей
и сплавов. Наибольшее распространение получили 20-валковые станы
с рабочими валками диаметром = 3-150 мм при длине бочки Lg »
= 60-1700 мм. В сортамент этих станов входят ленты и полосы мини-
мальной толщиной соответственно 0,002 мм и 0,1мм, шириной до
1000-1500 мм. Максимальная скорость прокатки достигает 10-15 м/с.
К числу недостатков многовалковых станов обычного типа отно-
сится сложность конструкции рабочих клетей. Поэтому постоянно
ведутся работы по созданию таких конструкций клетей, которые бы
позволили применять рабочие валки малого диаметра и иметь высо-
кую жесткость при более простой валковой системе. Примером могут
406
служить станы кварто типа MKW, уже освоенные в промышленности
(рис. 179, s). Для предотвращения прогиба рабочих валков малого
диаметра в горизонтальной плоскости служат опорные ролики; они
могут иметь двухстороннее расположение (тогда вертикальная ось
рабочих валков совпадает с осью опорных). Приводными в станах MKW
являются опорные валки.
Также получили промышленное применение 6-валковые станы с
расположением всех валков в одной вертикальной плоскости (станы
типа НС - рис. 179, г). Понятно, при таком расположении валков обес-
печивается их высокое сопротивление изгибу, т.е. повышается жест-
кость системы; однако возникают трудности в удержании валков от
боковых смещений (с изломом линии центров). 5-вапковые станы
Тейлора (рис. 179, д) занимают промежуточное положение между ста-
нами кварто и 6-валковыми типа НС. Использование даже одного
валка уменьшенного диаметра позволяет значительно увеличить воз-
можную величину обжатий.
В цветной металлургии набор эксплуатируемых одноклетевых ста-
нов холодной прокатки особенно разнообразен. Наиболее крупными
являются одиоклетевые реверсивные станы для прокатки полос из
алюминия и его сплавов. Так, существуют одноклетевые реверсивные
станы кварто 2800, которые служат для производства алюминиевых
полос толщиной 0,5-3,0 мм, шириной до 2550 мм. Вместе с тем в эксплу-
атации находится большое количество одиоклетевых станов малых
размеров, в основном ленточных. Они имеют рабочие клети дуо или
кварто, иногда бывают нереверсивными (однопроходными). Все более
широкое распространение получают многовалковые станы, позво-
ляющие резко повысить производительность и качество продукции.
При прокатке цветных металлов чаще всего используются б- и 12-вал-
ковые станы обычного типа.
В черной и цветной металлургии эксплуатируют станы полистной
(штучной) холодной прокатки бис. 180). Они могут быть реверсивными
и нереверсивными. В последнем случае все листы после одного про-
пуска вновь передаются на входную сторону стана для последующего
пропуска. Максимальная скорость прокатки не превышает 2 м/с.
Полистный способ прокатки значительно уступает рулонному по всем
показателям - производительности, расходному коэффициенту метал-
ла, качеству выпускаемой продукции. Новые станы холодной полист-
ной прокатки не строятся.
Дрессировочные станы имеют особое технологическое назначение:
прокатку полос или листов после отжига с очень небольшим обжати-
ем, обычно в пределах 0,8-1,5 %, реже до 5% (о необходимости этой
операции см. следующий параграф).
В состав оборудования дрессировочных станов входят одна или
407
Рж. ISO. Схема trail штучной прокатки листов:
1 — рабочая клеть кварто: 2 - пачки листов до и пода
прокатки
две рабочие клети кварто. По устройству и размерам валков они
аналогичны прокатным клетям. Иногда применяются дрессировочные
клети дуо.
Одиоклетевые станы служат для дрессировки полос и листов из
углеродистых и легированных сталей толщиной 0,3- 3,0 мм, шириной
до 2350 мм. Скорость дрессировки полос достигает 25-30 м/с.
Двухклетевые дрессировочные станы применяются только при ру-
лонном способе производства. Они считаются более совершенными,
так как позволяют вести прокатку с большим натяжением полосы
между клетями, что способствует ее выравниванию. Наличие второй
клети также способствует лучшему выглаживанию поверхности ме-
талла. На двухклетевых станах ведут дрессировку полос минималь-
ной толщиной 0,16—0,18 мм.
Прокатно-дрессировочные станы устанавливаются в жестепрокатных
цехах при производстве особо тонкой жести. Они состоят из двух-трех
клетей кварто повышенной жесткости. Заготовкой для них служат
полосы толщиной 0,16-0,30 мм, предварительно прокатанные на 5- или
6-клетевом непрерывном стане и прошедшие отжиг. На прокатно-
дрессирвочном стане толщина полос доводится до 0,08-0,15 мм. При
производстве более толстых сортов жести и холоднокатаных полос
эти станы используются просто как дрессировочные.
3. Технология производства холоднокатаных листов
из углеродистой стали
Исходным материалом для производства холоднокатаных полос
и листов служат горячекатаные полосы толщиной 1,8-6,0 мм, поступаю-
щие в цех холодной прокатки в рулонах.
Конечной продукцией цехов холодной прокатки рассматриваемого
типа являются листы и полосы толщиной 0,3-3,0 мм, шириной до
2350 мм, из углеродистой стали обыкновенного и повышенного ка-
чества, а также из низколегированных сталей. Значительная часть
408
it истов и полос выпускается с защитными антикоррозионными покры-
। иями - цинковым, алюминиевым, полимерными и др.
Поверхность исходных горячекатаных полос покрыта окалиной
[оксидами). Если проводить холодную прокатку заготовок в таком
। остоянии, то окалина будет вдавливаться в металл, резко ухудщая
качество его поверхности. Кроме того, окалина, обладая относительно
высокой твердостью, способствует износу прокатных валков. Поэтому
первой необходимой технологической операцией является удаление
/калины с поверхности горячекатаных полос.
Существует ряд способов удаления окалины, однако широкое
практическое применение получи”:! два: химический и механический.
Химический способ заключается в растворении оксидов в кислотах;
механический - в осуществлении пластической деформации, способст-
вующей отлущиванию окалины с поверхности полосы, или дробемет-
ной (дробеструйной) обработке. В настоящее время оба эти способа
часто применяются совместно, причем химический, называемый трав-
пением, является основным, а механический - предварительным.
Воздушная окалина на поверхности горячекатаной углеродистой
стали практически состоит из двух слоев: внутреннего, прилегающего
к металлу - вюстита FeO (92-95 %) и наружного - магнетита Fe304 (5-
Н %). Иногда на наружной поверхности обнаруживается тончайший
слой третьего оксида - гематита Ре20э. Легче всего поддается травле-
нию слой вюстита, который имеет пористое строение и относительно
малую прочность.
Травление ведется в водном растворе серной или соляной кислоты.
Протекают следующие реакции:
при сернокислотном травлении:
1е,Оэ + 3H2SO4 = Fe3(S04)3 + ЗН30; (281)
1е304 + 4H2SO4 = FeS04 + Fe3(S04)3 + 4Н20; (282)
I rO + H3S04 - FeSO4 + H20; (283)
при солянокислотном травлении:
1еа03 + 6НС1 = 2FeCl3 + ЗН3О; (284)
lr5O4 + 8НС1 = FeCla + 2FeCl3 + 4И30; (285)
loO + 2НС1 = FeCla + Н20. (286)
И в том, и в другом случае кислота в некоторой мере взаимодейст-
ует непосредственно с железом, в результате чего идут реакции:
Ге + H3SO4 = FeSO4 + Н3; (287)
Ь + 2НС1 = FeCl2 + Н3. (288)
409
Согласно реакциям '(287) и (288) при травлении выделяется во-
дород. Скапливаясь под слоем окалины, он создает давление, дос-
таточное для механического отделения (отрыва) окалины с поверхности
металла. Этот процесс значительно ускоряет очистку поверхности
полосы от окалины.
Интенсивность травления сильно зависит от концентрации и тем-
пературы травильных растворов. Ниже приведены оптимальные зна-
чения этих параметров, установленные на практике:
Тип кяелоты Кснцеатриия, % Теипвратурс раствора, *С
HjSO* 20-23 80-95
НЯ 16-25 65-85
Водород, выделяющийся при травлении, способствует удалению
окалины, но вместе с тем диффундирует в металл, понижая его плас-
тичность. Такое нежелательное изменение свойств металла называ-
ется водородной (травильной) хрупкостью. Для предохранения метал-
ла от проникновения водорода и уменьшения воздействия кислоты
на сам металл в травильные растворы вводятся присадки-ингибиторы.
Они содержат вещества, которые адсорбируются на поверхности ме-
талла и образуют молекулярную пленку, защищающую его от раство-
рения; при этом скорость растворения оксидов не замедляется. Инги-
биторы выполняют и другую важную функцию; они вызывают обра-
зование пены на поверхности травильного раствора, уменьшая тем
самым испарение кислоты и улучшая атмосферные условия в цехе.
При сернокислотном травлении применяются ингибиторы С-5У, ПАВ-446,
при солянокислотном - ингибитор ТДА.
До середины 60-х годов травление горячекатаных полос в цехах
холодной прокатки осуществлялось только в растворах серной кисло-
ты; в настоящее время этот способ вытесняется солянокислотным
травлением. Использование соляной кислоты в качестве травильной
среды имеет ряд существенных преимуществ. Прежде всего, соляная
кислота является более активной, чем серная, особенно по отношению
к оксидам, что позволяет сократить время травления. Качество поверх-
ности полос после обработки в соляной кислоте лучше, чем после об-
работки в серной. Сокращается выделение водорода, в связи с чем
уменьшается опасность возникновении водородной хрупкости. Соля-
ная кислота легче и полнее удаляется с поверхности полос в промыв-
ных ваннах. Важное значение имеет то обстоятельство, что образую-
щиеся при травлении соли соляной кислоты достаточно легко под-
даются термическому расщеплению на хлористый водород и оксиды
железа. Оба этих продукта возвращаются в производство. Хлористый
водород, растворяясь в воде, дает свежую соляную кислоту, а оксиды
410
железа используются в порошковой металлургии и других отраслях
। |ромышлениости.
Однако освоение солянокислотного травления встречает и опреде-
ленные трудности. Применение весьма агрессивной соляной кислоты
требует соответствующей защиты оборудования травильных агрегатов
от ее воздействия. Внутренние поверхности травильных ванн выкла-
дываются из кислотоупорного кирпича, облицовываются гранитными
и базальтовыми плитами; крышки ванн изнутри покрываются слоем
кислотостойкой резины и т.д. Особую опасность представляют очень
вредные выделения паров хлористого водорода в атмосферу. В связи
с этим необходимо обеспечивать тщательную герметизацию ванн и
иметь мощную вентиляционную систему для отсоса выделяющихся
испарений.
В современных крупных цехах холодной прокатки травление го-
рячекатаных полос осуществляется в травильных агрегатах непрерыв-
ного действия (рис. 181). Каждый такой агрегат состоит из трех частей:
юловной, средней (технологической) и хвостовой. В головную часть
«ходят разматыватель рулонов, окалиноломатель, правильная маши-
на, гильотинные ножницы, машины для стыковой сварки или сшивки
полос (позиции 1-8 на рис. 181). Средняя (технологическая) часть аг-
регата включает дрессировочный стан или растяжную машину для
дополнительного механического разрушения окалины, травильные и
промывочные ванны, сушильное устройство (позиции 9-15). В хвос-
товой части агрегата находятся гильотинные и дисковые ножницы,
промасливающее устройство, моталка (позиции 16-20).
Окалиноломатель 2, куда поступает полоса с разматывателя 1,
действует по принципу двойного изгиба полосы вокруг роликов ма-
лого диаметра. При этом часть окалины удаляется (отлущивается),
другая часть остается на полосе, но растрескивается, что облегчает
последующее травление.
Соединение полос с образованием непрерывной ленты осуществля-
ется на стыкосварочной машине 6. Перед этим полосы проходят через
правильную машину 4, их концы обрезаются на ножницах 5. После
‘"парки грат (сварной валик) удаляется на установке 7. Для соединения
волос из сталей, которые плохо поддаются сварке, используется сшив-
ная машина 8.
Перед поступлением полосы в травильные ванны производится
дополнительное механическое разрушение окалины. Для этого при-
меняется дрессировочная клеть 11 (обжатие 2-5%) или машина плас-
1ииеского растяжения (удлинение до 3 %). Затем следует основная опе-
рация - травление. Обычно в состав агрегата входят 4-5 травильных
панн с каскадным расположением. Наиболее концентрированный,
i нежий раствор кислоты (например, 20-23 % H2SO4) подается в послед-
411
(SXL'OJOn) 01
412
июю по движению полосы ванну. По мере обеднения раствор перели-
ицется в предыдущую ванну и т.д. В первой ванне концентрация раст-
пора падает примерно до 10 %, после чего он направляется на регене-
рацию. Таким образом, травление ведется по принципу противотока.
Из последней травильной ванны полоса поступает на промывку снача-
ла в ванну 13 с холодной водой, а затем в ванну 14 с горячей. После
пого полоса проходит через сушильное устройство 15, где она обду-
вается горячим воздухом.
В хвостовой части агрегата вырезают места сварки на ножницах 17
(с учетом необходимого укрупнения массы рулонов), обрезают боко-
вые кромки полосы на дисковых ножницах 18, промасливают поверх-
ности металла в устройстве 19, сматывают полосы в рулоны на мотал-
ке 21. Для получения рулонов заданной массы используются ножни-
цы 20.
Из изложенного ясно, что головная и хвостовая части агрегата ра-
ботают с периодическими остановками, требующимися для сварки
концов полос (в головной части) и вырезки мест сварки или разрезки
бесконечной ленты на рулоны мерной массы (в хвостовой части). Вмес-
те с тем скорость движения полосы через травильные ванны должна
быть постоянной, соответствующей технологической инструкции. Это
постигается включением в состав агрегата накопителей полосы (пет-
левых ям) 9 и 16. Во время сварки и снятия грата полоса поступает
п травильные ванны из петлевой ямы 9; после завершения указанных
операций головная часть агрегата начинает работать с повышенной
скоростью, благодаря чему в петлевой яме опять создается запас
полосы. Аналогичную функцию выполняет петлевая яма 16. Пока вы-
резают места сварки, полоса накапливается в этой яме, а затем хвос-
товая часть агрегата включается в работу на повышенной скорости.
Помимо рассмотренных травильных агрегатов горизонтального
типа существуют агрегаты такого же назначения башенного типа. По
составу оборудования в головной и хвостовой частях они почти не
отличаются, но сам процесс травления ведется совершенно по-другому.
Средняя часть агрегатов башенного типа помещается в здании (башне)
высотой около 70 м, где проходящая полоса располагается в виде
цлинных вертикальных петель. Травление ведется струйным спосо-
бом: на поверхность металла через сопла подается кислотный раствор,
который, стекая вниз, омывает полосу со всех сторон и растворяет
окалину. В нижней части башни установлен бак для сбора кислотно-
го раствора. Травильных ванн агрегаты башенного типа не имеют,
что является их основным преимуществом. Кроме того, они более
компактны, занимают меньшую территорию, но требуют сооружения
высоких зданий и сложны в обслуживании.
Максимальная скорость прохождения полосы через травильные
413
ванны на агрегатах горизонтального типа находится в пределах 3-
6 м/с. Производительность агрегатов составляет: при сернокислотном
травлении 0,9-1,5 млн. т/год, при солянокислотном 1,5-2,3 млн. т/год.
Протравленные и промасленные полосы в рулонах поступают на
стон холодной прокатки. Чаще всего это четырех- или пятиклетевой
непрерывный стан; характеристика их приведена в предыдущем па-
раграфе (см. рис. 178).
Рулоны цепным транспортером подаются в разматыватепь стана,
Передний конец полосы отгибается специальным устройством и зада-
ется в тянущие ролики, которые подводят полосу к валкам первой
клети. Пройдя через все клети (с заданным обжатием), передний ко-
нец полосы попадает на барабан моталки. С помощью захлестывателя
начинается намотка полосы на барабан. Все указанные начальные
операции выполняются на малой, заправочной скорости (0,5-2,0 м/с).
После намотки на барабан 3-4 витков полосы стан переводится нз
рабочую скорость. Когда прокатка рулона завершается и в разматы-
вателе остается 2-3 витка полосы, скорость стана снова снижается
до заправочной. Если поступающие на стан рулоны составлены (сва-
рены) из нескольких полос, то прокатка сварных швов также осущест-
вляется на пониженной скорости (около 5 м/с).
На рис. 182 приведена диаграмма изменения скорости на непрерыв'
ном стане при прокатке рулонов, состоящих из двух полос. На диаг-
рамме (циклограмме) указаны следующие временные интервалы;
тх - работа на заправочной скорости в начальной стадии прокатки;
та - разгон стана до рабочей скорости; т3 - прокатка на рабочей ско
рости; т4 - понижение скорости перед прохождением сварного шва
rs - прокатка сварного шва; т4 - повышение скорости до рабочей
414
।, - понижение скорости перед прхождением заднего конца полосы;
I, - прокатка заднего конца полосы на заправочной скорости; т9 -
пауза перед задачей очередного рулона. На станах бесконечной про-
катки (см. рис. 178, б) концы полос свариваются, поэтому паузы при
млокатке отсутствуют. Во время сварки полоса продолжает поступать
и валки из петленакопителя. На этих станах скорость прокатки снижа-
ется лишь во время прохождения сварного шва, а также перед разрез-
кой полосы летучими ножницами и заправкой ее переднего конца
на свободную моталку.
Суммарное обжатие при холодной прокатке углеродистых и низко-
тированных конструкционных сталей в большинстве случаев нахо-
дится в пределах 50-80 %. Важное значение имеет распределение част-
ных обжатий по клетям или проходам (на реверсивных станах); оно
плияет ва точность прокатки, загрузку оборудования, производитель-
ность стана. На практике применяются разные варианты распределе-
ния обжатий по клетям непрерывного стана (рис. 183). Одним из рас-
пространенных является вариант а, который характеризуется после-
довательным уменьшением относительных обжатий от первой клети
к последней. При таком распределении обжатий удается обеспечить
примерно равномерную загрузку клетей по усилию прокатки и рас-
ходуемой мощности, поскольку снижение обжатий компенсирует рост
контактных давлений в связи с наклепом металла и уменьшением
его толщины. Такой режим обжатий часто применяется на одноклете-
вых реверсивных станах, где особенно важно поддерживать постоянст-
во усилий прокатки по проходам.
Вариант б (см. рис. 183) предусматривает применение небольшого
пносительного обжатия в первой клети. Достоинством такого режима
является то, что в первом проходе происходит выравнивание полосы
по толщине, т.е. уменьшается продольная разнотолщинность. На прак-
тике встречаются и другие схемы обжатий, например варианты виг.
Иногда во всех клетях относительное обжатие принимается прибли-
зительно одинаковым.
Холодная прокатка полос всегда ведется с натяжением. Оно соз-
дается принудительно между всеми клетями за счет некоторого рас-
согласования чисел оборотов валков (по сравнению со свободной про-
каткой). В последней клети непрерывного стана переднее натяжение
издается действием моталки. На реверсивных станах моталки созда-
ют переднее и заднее натяжение.
Положительная роль натяжения заключается, во-первых, в том,
что снижается давление металла на валки, и во-вторых, обеспечива-
ется получение более ровных полос. Однако применение слишком
пысоких натяжений опасно из-за возникновении разрывов полос при
прокатке. Обычно величина удельного натяжения устанавливается
415
Рж. 183. Режимы обжатий, применяемые при холодной прокатке ns непрерывных стмши
1,3,3,4,5- номера клетей; в, б, в, г - варианты распределения обжатий
в пределах (0,2-0,5) от, где о, - предел текучести металла с учетом
наклепа. Удельное натяжение между последней клетью и моталкой
принимается более низким, менее 0,1 от, во избежание образования
чрезмерно плотных рулонов и сваривания витков при последующем
отжиге.
Современные высокопроизводительные станы холодной прокатки
оснащаются сложными системами подачи технологической смазки и
охлаждения валков. Основное назначение технологической смазки -
уменьшение сил внешнего трения на контактных поверхностях в оча-
ге деформации. Благодаря этому снижается усилие прокатки и сокра-
щается расход энергии, а следовательно, появляется возможность уве-
личения обжатий. Кроме того, технологическая смазка способствует
уменьшению износа валков, предотвращает в значительной мере на-
липание металла на валки, влияет на микрорельеф и чистоту поверх-
ности полос.
При прокатке полос толщиной более 0,4-0,5 мм в качестве техно-
логической смазки применяются водо-масляные эмульсии. Они пред-
ставляют собой раствор масла в воде. Масляной фазой эмульсий ча-
ще всего являются распространенные минеральные масла (например,
индустриальное 20), в которые могут быть введены поверхностно
активные присадки. Сама по себе система масло - вода не является
устойчивой: она быстро распадается на масло и воду. Для стабили-
зации этой системы в раствор вводят специальные вещества -
эмульгаторы (натриевые и калиевые мыла жирных и нафтеновых
кислот и др.). На маслохимических предприятиях производят ком-
позиции, состоящие из масла и эмульгатора; их называют эмульсолами.
В прокатном цехе путем растворения в воде того или иного эмульсола
готовят эмульсию необходимой концентрации.
В настоящее время в цехах холодной прокатки отечественных за-
водов применяются эмульсолы Т, ОМ, Укринол 211М и др.; в зарубеж-
ной практике - эмульсолы Проэойль ЗА, Квакерол 41 СВ и др. Рабочая
416
концентрация эмульсий в большинстве случаев находится в преде-
лах 2-5 %.
Эмульсии выполняют функцию не только технологической смазки,
но и охлаждающей среды. Таким образом, они относятся к классу
мазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ). После приготовления эмуль
сия используется многократно, длительное время. Для подачи эмуль-
сии на прокатные валки и полосу, последующего сбора и реставрации
ее применяются эмульсионные системы циркуляционного типа. В их
состав входят магнитные сепараторы (для отделения металлических
частиц), баки-отстойники, фильтры, холодильники. Оптимальная тем-
пература эмульсии при подаче на стан составляет около 40-50*С;
при этом обеспечивается устойчивый тепловой профиль валков.
Новые станы холодной прокатки относятся к числу высокомехани-
зированных и автоматизированных агрегатов. Для регулирования
профиля полос и повышения точности прокатки рабочие клети обору-
дуются установками принудительного изгиба (противоизгиба) валков,
воздействие на технологический процесс осуществляется с помощью
ряда систем автоматического регулирования: толщины полосы (САРТ),
натяжений (САРН), профиля и формм полосы (САРПФ), подачи смазочно-
охлаждающей жидкости (САПОЖ). Эти системы, а также многие другие,
необходимые для автоматического выполнения различных операций
(настройка стана, перевалка валков и др.), составляют АСУ ТП стана.
Работа АСУ ТП требует применения управляющих вычислительных
машин (УВМ),
Как уже отмечалось, максимальная скорость прокатки на четырех- и
стиклетевых непрерывных станах достигает 25-30 м/с (см. табл. 41).
Родовая производительность станов составляет: непрерывных - до
1,5 млн. г, бесконечной прокатки - до 2,5 млн. л олноклетевых ревер-
сивных - до 0,5 млн. т.
Следующий основной технологической операцией - после прокат-
ки - является отжиг, который необходим для устранения наклепа,
полученного при холодной деформации, и восстановления пласти-
ческих свойств металла. Температура нагрева металла (низкоуглеро-
диетой стали) 650- 720’С. С точки зрения структурных превращений
нот отжиг является рекристаллизационным.
Отжиг осуществляется в колпаковых печах в рулонах (иногда в
пачках) или в непрерывных агрегатах с протяжными печами. Наиболее
широко распространены одностопные колпаковые печи. Схема такой
печи показана на рис. 184.
На неподвижном стенде 1 устанавливается стопа из 3-5 рулонов 2,
которая накрывается муфелем 3, изготовленным из жаропрочной ста-
ли. Внизу муфель герметизируется песочным затвором 4. Нагрев ру-
лонов осуществляется с помощью переносного колпака 5, в нижней
417
1-153
Ряс. 184. Схам одностопной колпаковой печи для отжиге рулонов:
1 — аеящ 2 - стопе рулонов; 3 - муфель; 4 - песочный мтаор; $ - переносной ни-рвва-
гелькый колпак; 6 - инжекционная горелка; 7 - дымовое окно; 8 - эжектор; 9 - трубе
для подачи защитного газа; 10 - вентилятор; 11 - конвекторная прокладка; 12 - труба
для выхода защитного газа
части которого по периметру расположены горелки 6. Колпак футе-
рован легковесным огнеупорным кирпичом. Топливом для горелок
служит природный или коксовый газ, или смесь этих газов с доменным.
Продукты сгорания омывают муфель 3, нагревают его и'через дымовые
окна 7 отсасываются эжектором 8. Перед нагревом подмуфельное
пространство, где расположены рулоны, заполняется защитным (нейт-
ральным) газом, в качестве которого используется азото-водородная
смесь (95-97% азота и 3-5 % водорода). Защитный газ предотвращает
окисление поверхности металла при нагреве. Отжиг в защитной атмос-
фере имеет особое название - светлый отжиг.
С целью выравнивания температуры металла по высоте стопы и
ускорения процесса нагрева вентилятором 10 осуществляется прину-
дительная циркуляция защитного газа в подмуфельном пространстве.
Для прохождения газа между рулонами устанавливаются конвектор-
ные (ребристые) прокладки 11.
Весь цикл отжига можно разделить на три периода: нагрев металла
до заданной температуры (10-30 ч); выдержка при максимальной тем-
пературе (6-25 ч); охлаждение до температуры окружающей среды (25-
40 ч). Общая продолжительность пребывания металла на стенде состав-
ляет от 40 до 80 ч, в зависимости от массы рулонов, марки стали, тол-
418
щины полосы и других факторов. Один нагревательный колпак обслу-
живает 2-4 стенда. Производительность печн в расчете на один стенд
составляет 1,5-4,5т/ч. Термические отделения крупных цехов холод-
ной прокатки имеют в составе своего оборудования до 300 стендов
и 120 нагревательных колпаков.
В последние годы находят все более широкое применение непре-
рывные агрегаты светлого отжига с вертикальными и горизонтальными
протяжными печами. По сравнению с колпаковыми печами они обла-
дают значительными преимуществами: более высокой производитель-
ностью (до 60- 80т/ч), компактностью, меньшими капитальными зат-
ратами, сокращением численности обслуживающего персонала. Агре-
гаты непрерывного отжига (АНО) удобны для автоматизации и варьи-
рования режимов термообработки. Они обеспечивают получение од-
нородной структуры и стабильных свойств металла. Схема АНО при-
ведена в п. 6 (см. рис. 187).
После отжига тонколистовая сталь подвергается дрессировке. Как
уже отмечалось, этим термином обозначается процесс отделочной хо-
лодной прокатки с очень небольшим обжатием, обычно в пределах
0,8-1,5 %. Дрессировка полос толщиной более 0,3 мм ведется в один
пропуск. Характеристика дрессировочных станов приведена в преды-
дущем параграфе.
Ответим на вопрос: зачем нужна дрессировка? Если подвергать
штамповке отожженную листовую сталь, не прошедшую дрессировку,
то поверхность изделий становится грубо шероховатой, образуется
так называемая ’’апельсиновая корка”. Это является следствием вы-
хода на поверхность линий сдвига (линий Чернова-Людерса). Изде-
лия с такой поверхностью мало пригодны для покраски, эмалирования
или нанесения других покрытий. В процессе дрессировки тонкие
приконтактные слои металла обжимаются в валках и впоследствии
при штамповке линии сдвига иа поверхности не проступают. Помимо
сказанного, дрессировка дает и другие положительные эффекты: умень-
шается волнистость и короб оватость полос, несколько улучшаются
механические свойства металла (предел текучести немного понижа-
ется, прочность увеличивается), формируется необходимый микро-
рельеф поверхности продукции.
При рулонном способе производства дрессировка ведется с перед-
ним и задним натяжением. На практике величина удельных натяже-
ний чаще всего находится в пределах: переднее (0,2-0,5) ot, заднее
(0,1-0,2) о,. Величина применяемых натяжений растет с уменьшением
толщины прокатываемых полос.
Ранее дрессировку проводили на сухих валках. Ныне доказано,
что лучшие результаты дает дрессировка с технологической смазкой.
Применение смазки (эмульсии) позволяет несколько снизить давле-
419
Рж.185. Стеа ржяоложенжя оямвяосо оборудовгния цеп здиюдаой щхжюки со ста-
вамИМСе
1 ~ конвейер горячеммных рулонов; 2 - нмрднввя травильные агрямы; з — «грея
реш® горячекатаных рулонов поела трдаланящ 4 - непрерывный пятиклетевой сап 2000;
5 — колпаковые отжигательные печи; 6 — однжлвгевые дремяромчные станы; 7 - агре-
ты поперечной резки полое; 8 — агрегаты продольной резки полое; 9 - агрегат упаковки
уяеих рулонов; 18 - агрегат упаковки широких рулонов; 11 - агрват упаковки пачек
листов; 12 - агрет алектролитжчеекой очистки; 13 - непрерывный агряат злектролии-
чеогого цинкования; 14 — непрерывный arpsm покрытия полимерами; 1S — непрерывные
агрегаты горячей цинкования; is — профипегибочвый агрегат; 17 - склад готовой про-
дукции
ние на валки и, самое главное, способствует удалению загрязнений
с поверхности полос.
Иногда дрессировка является последней технологической опера-
цией в цехе холодной прокатки. После дрессировки часть рулонов
может отгружаться потребителям в нераэделанном виде, но большая
часть их поступает на разделочные агрегаты для поперечной и про-
дольной резки на листы и более узкие полосы по заказам.
Важно отметить, что в настоящее время значительное и растущее
количество тонколистовой холоднокатаной стали выпускается с за-
щитными антикоррозионными покрытиями, в первую очередь - цин-
ковым и полимерными. Нанесение цинкового покрытия осуществля-
ется методом погружения в расплав цинка (горячее цинкование) или
электролитическим методом. При горячем цинковании толщина покры-
тия достигает 50 мкм, при электролитическом - до 10 мкм. Наиболь-
шее применение получил способ горячего цинкования.
В состав агрегата горячего непрерывного цинкования (АГНЦ) входит
разнообразное оборудование, на котором в едином комплексе выпол-
няются различные механические, физико-химические и термические
420
операции: размотка холоднокатаных рулонов, сварка концов полос,
химическая и электрохимическая очистка поверхности металла, тер-
мообработка (отжиг или нормализация), покрытие цинком, пассиви-
рование цинкового покрытия, дрессировка (применяется не всегда),
смотка полос в рулоны или резка на листы. Оцинкование производится
путем пропускания полосы через ванну с жидким цинком при темпе-
ратуре 450 “С. Толщина покрытия регулируется отжимными роликами
или струями газа с регулируемым давлением ("газовыми ножами”).
Пассивирование цинкового покрытия осуществляется в растворе хромо-
вого ангидрида Сга03 при 80-85 *С.
Скорость прохождения полосы через ЛГНП - до 4 м/с; производи-
тельность агрегатов - до 500 тыс. т/год.
Один из распространенных способов нанесения полимерных покры-
тий заключается в наклеивании полимерной пленки на поверхность
холоднокатаных полос. Получаемый материал называется металло-
пластам. В качестве материала пленки часто используется поливинил-
хлорид; толщина пленки 0,2-0,4 мм. Нанесение покрытия осуществля-
ется на агрегатах непрерывного действия, на которых выполняются
следующие основные операции: размотка рулонов, сварка концов
полос, подготовка поверхности металла (обезжиривание, фосфатиро-
вание, пассивация), нанесение клея на поверхность полосы валковым
способом, подсушка клея, нанесение пленки с прижатием ее роликами,
подогрев полосы с покрытием, тиснение узора, смотка полос в рулоны.
Пленку наклеивают обычно с одной стороны полосы. Производитель-
ность линии - до 100-120 тыс. т/год.
В заключение рассмотрим общую планировку оборудования цеха
холодной прокатки тонколистовой углеродистой и низколегирован-
ной стали (рис. 185). Горячекатаные рулоны поступают в цех с непре-
рывного широкополосного стана по конвейеру 1. Они проходят трав-
ление в агрегатах 2. Небольшая часть горячекатаных рулонов после
травления направляется на разделочный агрегат 3, где они режутся
на листы и узкие полосы, выпускаемые в виде готовой продукц и.
Основная масса протравленных рулонов идет на непрерывный ш ги-
клетевой стан 4 для холодной прокатки на заданную толщину. После
прокатки рулоны поступают на отжиг в колпаковых печах 5, далее
на дрессировочные станы 6 и на агрегаты поперечной и продольной
резки 7, 8. Готовая продукция проходит упаковку на агрегатах 9, 10,11.
Около 30% продукции цеха выпускается с защитными покрытиями;
для этого служат агрегаты оцинкования 13,15 и нанесения полимерных
пленок 14. Предусмотрена возможность выпуска гнутых профилей
на агрегате 16.
Рассмотренный цех предназначен для производства листов и полос
421
(в рулонах) толщиной 0,4-2 мм, шириной до 1800 мм. Производитель-
ность цеха по холоднокатаной продукции составляет 1,7 млн. т/год.
4. Методика расчета режимов деформации
при холодной прокатке
Выбранный режим деформации во многом предопределяет качество
продукции и производительность стана. Следовательно, этот вопрос
занимает особо важное место в разработке технологии производства
холоднокатаных листов. Расчет режима деформации включает реше-
ние следующих взаимосвязанных задач: определение суммарного
обжатия и рациональной толщины исходного подката; распределение
обжатий по клетям (проходам); выбор режима натяжений и скоростно-
го режима прокатки; расчет энергосиловых параметров деформации -
усилий, крутящих моментов и потребной мощности. Если энергоси-
ловые параметры в какой-либо части превышают допустимые или
распределяются по клетям (проходам) явно нецелесообразно, то пред-
варительно намеченный режим деформации должен быть скорректи-
рован.
Толщина исходного подката Лисх может быть определена по формуле:
(289)
1-е2
где hK - конечная толщина полосы; es - суммарное относительное об-
жатие в долях единицы.
Имеются данные, согласно которым наилучшие механические свойст-
ва холоднокатаной стали (после отжига) получаются при суммарном
относительном обжатии около 70 % (еЕ = 0,7). Однако при выборе тол-
щины подката необходимо также учитывать условия работы широко-
полосного стана горячей прокатки. В случае производства наиболее
тонких холоднокатаных листов (Лк = 0,3-0,5 мм) принятие величины
Cj- ® 0,7 требует применения слишком тонкого подката, выпуск кото-
рого на стане горячей прокатки затруднителен, а иногда и невозможен*.
С другой стороны, при производстве относительно толстых холодно-
катаных листов (h = 2,5-Змм) при условии = 0,7 толщина подката
должна быть слишком большой. Поэтому на практике при прокатке
наиболее тонких полос конструкционной углеродистой стали при-
нимают Ej » 0,8, а при прокатке относительно толстых полос - Ej =
« 0,5- 0,6.
Строгих рекомендаций по распределению обжатий по клетям не-
‘Например, при hx = 0,4 мм и ej "0,7 по формуле (289) получаем Лисх 1,33 мм.
422
прерывного стана не имеется. Возможные варианты распределения
обжатий приведены на рис. 183. Следует отметить, что на многих непре-
рывных станах часто отдают предпочтение варианту б. Как уже отме-
чалось, снижение обжатия в первой клети способствует уменьшению
продольной разнотолщинности полос.
На одноклетевых реверсивных станах распределение обжатий по
проходам должно быть таким, чтобы усилие прокатки во всех прохо-
дах оставалось примерно одинаковым. Это требование объясняется
тем, что все проходы выполняются в одних и тех же валках с заранее
заданной выпуклостью, рассчитанной на определенную величину про-
гиба валков. Указанному требованию удовлетворяет распределение
обжатий по схеме а (рис. 183). Естественно, принимаемое максималь-
ное усилие прокатки должно быть меньше предельно допустимого,
например Р = 0,9 [Р]. Во многих случаях в одном-двух последних про-
ходах обжатия резко уменьшают для исправления формы (улучшения
планшетности) прокатываемых полос.
На станах полистной (штучной) прокатки распределение обжатий
по проходам подчиняется тому же принципу, что и при прокатке ру-
лонов на одиоклетевых станах. Иногда при прокатке относительно
толстых листов (h0 « 3-4 мм и более) в первых проходах величина
обжатия ограничивается условием начального захвата; тогда в расче-
тах необходимо использовать формулу (212).
Величины натяжений, применяемых на станах холодной прокат-
ки, указаны в предыдущем параграфе. Скоростной режим прокатки
на непрерывных станах определяется выбором скорости выхода поло-
сы из последней клети (скорости прокатки) и распределением обжатий
по клетям. Максимальная скорость прокатки составляет: на четырех-
клетевых станах - 25 м/с; пятиклетевых - 30 м/с; шестиклетевых -
40 м/с; одноклетевых реверсивных кварто - 20 м/с; одноклетевых
реверсивных многовалковых - 15 м/с. На практике рациональная
скорость прокатки (в пределах допустимой) выбирается с учетом
размеров полосы, массы рулона, качества подката, эффективности
технологической смазки и других факторов. Скорости прокатки по
клетям непрерывного стана определяются из условия постоянства
секундных объемов, т.е. по формулам (245) и (246).
Важнейшим этапом разработки режима деформации является рас-
хет энергосиловых параметров прокатки. Величина средних контакт-
ных давлений может быть рассчитана по формулам А.И. Целикова,
Л.В. Третьякова, А.А. Королева, а также по другим теоретическим
формулам, выведенным для условий тонколистовой прокатки и учи-
тывающим натяжение концов полосы. Во все теоретические формулы
давления входит величина предела текучести деформируемого метал-
ла, которая должна быть определена с достаточной точностью, с уче-
423
том упрочнения (наклепа) и температурно-скоростных условий дефор-
мации. В литературе имеются обширные данные по упрочнению ме-
таллов при холодной прокатке, представленные в виде кривых уп-
рочнения (графиков) или соответствующих аппроксимирующих фор-
мул*. Если необходимо определить средний предел текучести в очаге
деформации otep, то чаще всего его находят как среднеарифмети-
ческий:
о1ер = 0,5(о1о+ otl), (290)
где at0 и Otj - пределы текучести в сечении входа и выхода из очага
деформации.
Однако более точные результаты дает определение по среднему
относительному обжатию, вычисляемому по формуле:
Вер в 0,4 е0 + 0,6 (291)
где е0 и е, - суммарное относительное обжатие до и после пропуска
металла через валки.
Рассчитав Еср» далее находят значение оТср непосредственно по кри-
вым упрочнения или соответствующим формулам.
В работах последних лет показано, что предел текучести металла
при холодной прокатке, как и при горячей, хотя и в меньшей степени,
но все же зависит от температуры и скорости деформации. Температу-
ра металла в очаге деформации при интенсивной холодной прокатке
достигает 200-250 *С и более. Такой разогрев металла способствует
некоторому снижению величины предела текучести. С другой стороны,
скорость деформации на современных высокоскоростных станах в
сотни тысяч раз превышает скорость деформации на обычных разрыв-
ных машинах,, которые применяются для определения предела теку-
чести. Как свидетельствуют опытные данные, такое огромное разли-
чие в скоростях деформации приводит к повышению предела текучес-
ти при прокатке на 30-40 %. Кроме того, надо еще учитывать, что на
испытательных машинах образцы подвергаются растяжению, а при
прокатке - сжатию. Имеются данные, согласно которым переход от
схемы растяжения к схеме сжатия сопровождается ростом предела
текучести примерно на 10 %.
С учетом всего сказанного для уточненного определения предела
текучести металла при холодной прокатке рекомендуется формула
Of Oxkefctu, (292)
*См. ссылка на с. 332 и 375.
424
hr. 186. Схема сплюпшваахя валка
। ле о; - предел текучести, найден-
ный с учетом только упрочнения;
- коэффициент, учитывающий
। я ему нагружения; к^ - темпера-
1 урно-скоростной поправочный ко-
эффициент.
При использовании формулы (292) можно в первом приближении
принимать ке= 1.1 и kftj = 1,1-1,2.
Во все формулы давления на валки наряду с пределом текучести
металла входит другая физическая константа - коэффициент трения
при установившемся процессе прокатки /у. Для определения его ве-
ин чины также имеется справочная литература*.
При холодной прокатке стали и других высокопрочных металлов
расчетах необходимо учитывать сплющивапие валков, значительно
пинающее на геометрию очага деформации (рис. 18G). Для определения
илины сплющенной дуги контакта lde применяется формуна
I., VrAIi + I? ♦ (293)
me /j - длина части дуги контакта, находящейся за осевой линией
валков.
В решении Хичкока принято:
I, - *Ц~В-' RPq - (294)
I де Д и Е - соответственно коэффициент Пуассона и модуль упругости
материала валков; т - коэффициент, зависящий только от механи-
ческих свойств валков.
Ниже приведены значения т для валков из разных материалов:
*А.П. Грудев, ЮЛ. Зилъберг, В.Т. Талик. Трение и ешлкн при обработке метилов дав-
пигхем: Справочник. — M.: Мяаллурсвя, 1982.
425
для стальных валков (Е - 2,06 • 10s МПа; И = 0,3) т » 1,12 • 10"® 1/МПа;
для чугунных отбеленных валков (Е = 1,26 • 10® МПа; Ц « 0,25) т =
» 1,9 • 10"® 1/МПа; для карбидвольфрамовых валков (Е = 6,51 • 10® МПа;
Ц = 0,3) т = 0,36 10"® 1/МПа.
А.И. Целиков и А.И. Гришков рекомендуют вводить в формулу (294)
поправочный коэффициент с = 1,2-1,5, в среднем с » 1,375. Тогда фор-
мула для определения длины дуги контакта с учетом сплющивания
валков принимает вид:
lde « VflAh + (cmRPep)3 + cmRPep. (295)
Использование формулы (295) в расчетах давления требует приме-
нения метода последовательных приближений (метода итераций),
так как в нее входит искомая величина рер. Практически часто посту-
пают так: свачала выполняют расчет давления без учета сплющивания
валков, а затем найденное значение Рер подставляют в формулу (295)
и расчет повторяют. Иногда такую операцию приходится выполнять
несколько раз. Расчет считается удовлетворительным, когда вычислен-
ное значение р^ получается близким к заданному (различие порядка
5%).
После определения Рер находят усилие прокатки
P^Pcpbl^. (296)
Величина Р не должна превышать допустимый уровень, определяе-
мый прочностью валков или других деталей прокатного стана. Допус-
тимое усилие из условия прочности опорных валков рассчитывается
по формулам (223) и (224).
Для проверки прочности деталей главной линии стана на скручива-
ние и определения загрузки двигателя необходимо знать крутящий
момент на бочке валков. Его величину можно найти по формуле (268).
Коэффициент плеча момента Ф определяется по эмпирической фор-
муле М.М. Сафьяна и Я.Д.Василева:
ф - 0,294 - 0,525 . (297)
11 •
Формула (297) применима в границах 0,1 < < 0,45.
irfc
Приведенный крутящий момент на валу двигателя определяется
по формуле (230). Следует отметить, что при прокатке на многовалко*
вых станах (12- и 20-валковых) в слагаемое входит в виде значи
тельной части момент трения качения в системе валков. В каждом
межвалковом контакте момент трения качения будет:
= *ч>Рв, (298)
426
i де кур — коэффициент трения качения; Рв - усилие в межвалковом
контакте, определяемое графически или аналитически исходя из уси-
лия прокатки и взаимного расположения валков.
Коэффициент трения качения составляет:
(29”
где “ ширина площадки, образующейся в межвалковом контакте;
с к - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения
контактных давлений (ск = 0,02-0,1).
Ширина площадки упругого смятия валков Ък может быть опре-
делена по формуле Герца-Беляева
/“К Rt«s
ь.-з.м (300)
V IgB Л1 + Д3
। де и R2 - радиусы контактирующих валков.
Экнияалентный крутящий момент на валу двигателя определяется
по формулам (234) и (235). Потребляемая в процессе прокатки мощ-
ность должна удовлетворять условию (237).
5. Примерный расчет режима деформация при холодной
прокатке полос на пятиклетевом стане 2030
Нижепрннеденный расчет режима деформации выполнен применительно к условиям
прокатки на стане 2030 Новолипецкого металлургического комбината. Краткая характе-
ристика става приведена в табл. 41. Стая может работать в режимах бесконечной и пору-
(очной прокатки,
Рассчитаем режим деформации при прокатке полос конечным сечением 0,7'х 1600 мм;
материал - сталь 08Ю.
Принимаем ориентировочно суммарное обжатие es - 70 %. По формуле (289) находим
толщину исходных горячекатаных полос:
0,7
hncx 1_о(7 ° 2>34мм.
Принимаем окончательно йисх 2,4 мм. Тогда суммарное обжатие составит: Дйу =
• 2,4 - 0,7 = 1,7 мм; es -1,7/2,4 - 0,708 - 70,8 %.
Намечая распределение обжатий по проходам, будем ориентироваться на схему с по-
ниженным обжатием в первой клети (рис. 183, б). Принимаем следующее распределение
пожатий:
1 2 3 4 5
2,4 1,85 1,29 0,95 0,77
1,85 1,29 0,95 0,77 0,70
0,55 0,56 0,34 0,18 0,07
22,9 30,3 26,3 19,0 10,0
Определяем эиертоеиловые параметры прокатки в первой клети. Для расчета среднего
• ттактного давления используем формулу А.И. Целикова
427
’» % (£) [(тг)’->]• <*>
где hj — толщина пмоеы в:
Сначала вада определять величину среднее предела текучести металла в очаге дефор-
мации в, . Принимаем для стали 08Ю: о,^ ИО МПа. По формуле (291) находим средне»
обжатие $ = 0):
Вд - 0.« в. - 0,6 • 22,9 - 13,1 %.
Для учета упрочнения иагалыуем формулу*:
ч, - «,ю ♦ (ЗИ>
где А - эмпирический коэффициент.
Для стали 08Ю рвкомевдуется значение А - 50. В реаультете находим:
о. о 250 + SoVlV 435 МПа.
ер
Учтем влияние схемы и скорости деформации в соответствии с формулой (292). При-
нимаем ке kfU -1Д Тогда получим:
с. - «5-1Д - зггмпа.
ер
Далее находим:
01 - 1,15 - 522 -600 МПа.
тср
Длину очаге деформации с учетом сплющивания валков определяем по формуле (295).
Предварительно аадаемся величиной р^ = ТОО МПа. Принимая с -1»375, получим:
ld(_ = V307.5 • 0,55 + (1Л?5 • 1,12 • 307,5 • 700 Ю"5)’ +1,375 1,12 - 307.5 • 700 • 10’® = 16,1 мм.
Принимаем коэффициент трения /у = 0,07. Рассчитываем б по формуле (305)
Опргдепяемср8янб9КонтактноэдавлетЕВ
— 1 ~ I 1.112;
hi ( 4Д5+1 )
*ДЛ. ГруДеа. Теория прокатки. - М_: Металлургия, 1988,
42S
Таирь необходимо учесть натяжение концов полосы. Это можно сделка с помощью
I чражеяия
гав Р™ — среднее контактное давпеаие, рассчитанное fas учеса натяжения, я частности по
формуле (301),
Принимаем qo 20 МПа (заднее натяжение Чо создастся натяжней станцией); <h = 80 МПа
(? * 0,2 От). По формуле (305) находим
/ 20 + 80 \
Полученная величина р^ близка к предварительно заданной (700 МПа). Полому учет
awn । (мяапмя валков следует признать удовлетворительным.
Определяем усилие прокатки
Г 737 • 16,7 1600 = 197- Н1 кН » 2010т.
Крутящий момент на бочке валков рассчитываем по формулам (268) и (297). Имеем:
ii - emRpep = 1375-1,12-3073’700-10” = 33мм;
33
Ф - 0,294 - 0,525 — - 0,И.
Принимаем щиблхжеяио h = 1,05тв. Находим:
«пр - 2 • 197 • 101 • 0,19 • 16,7 + 03075 • 1,05 • 1,600 (20 — 80) 1,05 - 67,7 кН м = 6,90 т м.
Полуденная величина крутящего момента относится к двум валкам. Определяем
потребную пошлость двигателя при заданных условиях прокатки.
Момент Сил трявзя в подшипниках опорных валков (ПИТ), приведенный к рабочим
г”1 лжам, гоставлнвт:
°Т>
мтр1я лш, (306)
где dgn - днамвр шейки опорных валков е учетом втупки-наеалки (d№ = 1170 мм).
Подетавняя копкретнне данные в формулу (ЗМ), получим:
615
- 197-10’-0,003-1.17 -jjj- -26,6кН-м.
Находим монет добавочных сил трапы в передаточных механизмах главной линии
злети:
4w (4? - *) <мч> • «в.1 = (тзт -1) да.’ • ад -
Суммируем составпяхкцие крутящего момента и приводим их к валам двигпелей
429
Mnp+Mip,+Mrp2 «7,7 + 26,6 + 5,0
--------------- " -----—------- = 66,2 кН м.
Полный поминальный крутящий момент для четырех приводных двигателей состав-
ляет около 300 кН м. Находим момент холостого хода
М'хл * 0,05Мда.иом - 0,05-300 - 15кН-м.
Итак, на валах двигателей будет действовать статический момент:
Мда 66,2 + 15 - 81,2 кН-м.
Нетрудно определить потребляемую мощность, Принимаем скорость прокатки в пос*
педней клети т5 20 м/с. Скорость прокатки в первой клети будет
^а 0,7
»1 ’а “ "20 5,85 м/с.
Находим угловую скорость на валах двигателей:
»в8 5,85-13
да.!,в
Потребляемая мощность (без учета к-п.д. двигателей) составит:
N„ ” Мпв“дв 81,2-27,2 " 2210 кВт.
Полученные значения крутящего момента и мощности двигателей гораздо меньше
номинальных. Это объясняется принятым пониженным обжатием в первой клети, а также
большим передним натяжением полосы по сравнению с задним. Ввиду малой величины
расходуемой мощности проверка двигателей первой клети по эквивалентному моменту
на имеет смысла.
Аналогично определяются энергосиловые параметры прокатки в опальных клетях
стана.
6. Особенности производства жести
Технология производства жести в основных чертах подобна произ-
водству конструкционных холоднокатаных листов, но имеет и сущест-
венные отличия. Исходным материалом для производства жести слу-
жат горячекатаные полосы низкоугперодистой стали (марки 08кп)
толщиной 1,8-2,Змм, шириной до 1300 мм. Полосы поступают в цех
в рулонах массой до 25- 35 т. После операции травления рулоны пере-
даются на 5- или 6-клетевой стан холодной прокатки. Наиболее спе-
циализированными и высокоскоростными являются б-клетевые станы.
При малом объеме производства применяются одноклетевые ревер-
сивные станы.
Распределение относительных обжатий по клетям непрерывного ста-
на приблизительно равномерное или по схемам в, г на рис. 183; об-
жатие в одной клети - до 35- 40 %. Суммарное обжатие достигает
90-95%. Прокатка ведется в тонкошлифованных (полированных)
430
папках с применением эффективной технологической смазки, чаще
всего - пальмового масла. Смазка подается на валки и полосу в виде
подо-масляной смеси с содержанием масла 16-25 %.
После прокатки полосы обязательно подвергаются очистке с целью
удаления с их поверхности остатков масла и загрязнений. Обычно
применяются агрегаты электролитической очистки, в которых удале-
ние загрязнений ведется комбинированно различными способами:
растворением (омылением) масляных остатков в щелочном растворе,
протиркой щетками, промывкой водой, пропусканием полосы через
панну электролитического обезжиривания, повторной протиркой и
промывкой.
Отжиг жести производится в колпаковых и непрерывных протяж-
ных печах. Устройство колпаковых печей и технология отжига опи-
саны в п. 3 настоящей главы (см. рис. 184).
Как уже отмечалось, в последнее время получили широкое распрост-
ранение агрегаты непрерывного отжига (рис. 187). Основное достоинст-
во их заключается в том, что они позволяют достичь высокой однород-
ности физических и механических свойств металла по всей длине
'"тожженой полосы. Такую однородность свойств практически невоз-
можно получить даже в лучших колпаковых печах. Кроме того, агре-
гаты непрерывного отжига высокопроизводительны и удобны для
бслуживаннн.
Однако в связи с большими скоростями нагрева и охлаждения при
непрерывном отжиге металл в конечном итоге имеет несколько повы-
шенную прочность и пониженную пластичность, что препятствует ис-
। ользованню его для весьма глубокой вытяжки. Поэтому в цехах ус-
шнавливают и колпаковые печи, и АНО.
После отжига полосы поступают на дрессировочный или прокатно-
дрессировочный стан. Для отделки жести толщиной более 0,18 мм при-
меняются двухклетевые дрессировочные станы. Суммарное обжатие
п двух клетях составляет 1,0-2,5 %. Прокатка ведется с удельным
натяжением между клетями до (0,6-0,7) о,. Иногда применяется тех-
нологическая смазка (эмульсия или маловязкое минеральное масло).
Прокатно-дрессировочные станы имеют своим назначением сущест-
пенное уменьшение толщины выпускаемой жести. Следует учитывать,
что прокатка полос толщиной менее 0,16-0,18 мм на основных 5- и
(•-клетевых станах затруднительна. В связи с этим для получения тон-
кой жести толщиной 0,08-0,15 мм приходится применять дополни-
тельную, вторичную прокатку, что и осуществляется на прокатно-
дрессировочных станах, состоящих из двух-трех клетей. Заготовкой
п этом случае служат полосы толщиной 0,16-0,30 мм. После прокатки
на прокатно-дрессировочиом стане металл, как правило, повторному
•тжигу не подвергается, т.е. полосы выпускаются в нагартованном
остоянии.
431
a 6 в г
Рж. 1S7. Схема агрегпв непрерывного отжига:
1 — размятыватепи; 2 — тянущие ролики; 3 — ножницы; 4 — метина для сварки коицоя
полос; 5 - установка очистки полосы; 6, 9 - накопителя полосы (петдаые башни); 7 - да
кетыв ножницы для обрезки боковых кромок; S — отжигательная печь (камеры: а —
нагрев*; б - выдержки; в - аамвдмяаосо охлаждения; г - ускориоиго охлаждения,
д - окончательного охлаждения); 10 - ножницы для вырезки мест сварки; 11 - мопшкж
Жесть, получаемая после отжига и дрессировки (или дополнитель-
ной’ холодной прокатки), называется черной полированной жестью.
В небольших количествах этот материал является конечной продук-
цией. Однако основная масса черной жести направляется на агрегаты
покрытия.
Основную долю продукции жестепрокатных цехов составляет бе-
лая, луженая жесть. Оловянное покрытие на поверхности жести об-
ладает высокими антикоррозионными свойствами, а также придает
ей приятный внешний вид. Белая жесть широко используется для
изготовления консервных банок и другой пищевой тары.
Лужение жести осуществляется двумя способами: горячим и электро-
литическим, Сущность горячего лужения состоит в том, что подго-
товленный металл пропускается через ванну с расплавленным оловом.
Чаще всего горячее лужение осуществляется в листах (карточках).
В связи с этим рулоны жести после дрессировки поступают на агрега-
ты поперечной резки, где получают листы требуемых размеров. Для
горячего лужения применяются агрегаты, на которых последовательно
выполняются следующие технологические операции: травление, про-
мывка, флюсование, покрытие оловом, формирование покрытия, на-
несение пленки масла, обезжиривание, очистка и полировка поверх-
ности. В ванне лудильной машины (рис. 188) расплавленное олово
имеет температуру 280- 330 ’С. На входе в ванну листы проходят че-
рез слой флюса, представляющего собой водный раствор хлористого
цинка (ZnCla) с температурой около 270 *С. Эта операция способствует
удалению с поверхности травленых листов остатков влаги, загрязне-
432
4 5 6
fe. 188, Схема лудильной машины:
I - листы чертой жести; 2 — подающие ролжв; 3 - флюс; 4 - расплав слова; 5 - направляю-
тая проводка; £ — жировая венда (масло); 7—тянуще-отжимные ролики
ний и окиспов. На выходе из лудильной ванны листы проходят через
так называемую жировую ванну, где находится горячее пальмовое
или хлопковое масло (240-250 *С). Пленка масла на поверхности лис-
тов прадотвращэет окисление незатвердевшего слоя олова при сопри-
косновении его с атмосферой. В жировой ванне находятся три пары
роликов, которые отжимают избыток олова с поверхности металла.
Выходящие из жировой ванны листы обдуваются сжатым воздухом
с целью ускорения охлаждения. Затем они промываются горячим
раствором соды и протираются матерчатыми щетками. В заключение
поверхность листов полируется смесью отрубей и мела с помощью
матерчатых роликов.
При горячем лужении на каждую поверхность листа наносится слой
олова толщиной 1,5-3,0мкм. Расход олова - дорогого и дефицитного
металла - составляет 15-20 кг/т.
В настоящее время горячее лужение жести вытесняется процессом
। пс ктролитического лужения. Последний способ позволяет получать
толщину покрытия 0,5-1,5мкм при расходе олова 5-7 кг/т. Агрегаты
1лектролитического лужения (АЭП) отличаются непрерывностью
действия, высоким уровнем механизации и автоматизации, большой
производительностью (до 300 тыс. т в год). В новых жестепрокатных
цехах для получения белой жести устанавливают только АЭЛ. Однако
(лектролитически луженая жесть по коррозионной стойкости уступа-
ет жести горячего лужения. Поэтому белую жесть, полученную на
АЭП, часто дополнительно покрывают лаком.
Схема агрегата электролитического лужения показана на рис. 189.
На этом агрегате выполняются следующие операции: размотка руло-
1-123
433
Рж. 1Й. Схема агрегата непрерывного апастролитическогп лужения жести:
1 - рммиывагели; 2 - тянущие ролики; 3, IS - ножницы; 4 - сварочная машина; 5, 14 -
пеаеаа ямы; 6 - ванна алектролитичеекой очистки; 7 - травильная ванна; 8, 10 - про-
мывочные и протирочные устройства; 9 - ванна апяетролитичеекого покрытия оловом;
11 - установка оплавления покрытия; 12 - ванна пассивации покрытия; 13 - промасли-
вающее устройство; 15 -моталка; 17— летучие ножницы; 18 — листоуклацчики
нов, сварка полос, электролитическое обезжиривание, травление,
электролитическое нанесение олова, оплавление и пассивация оло-
вянного покрытия, промасливание, смотка полос в рулоны или порез-
ка на листы. Основной операцией является электролитическое лу-
жение в ваннах, в которых анодом служат бруски чистого олова,
помещаемые между петлями полосы, а катодом - сама полоса (ток
передается через вращающиеся бронзовые ролики). Находящийся
в ваннах электролит состоит из раствора сернокислого олова (SnSOj,
серной кислоты (H,S04) и различных добавок поверхностно-активных
веществ, способствующих стабилизации процесса и получению мелко-
зернистого, равномерного покрытия. После лужения и промывки по-
лоса поступает в установку оплавления покрытия. Нагрев полосы осу-
ществляется с помощью индуктора или методом электросопротивления
до температуры 500-600’С. Оплавление позволяет устранить порис-
тость покрытия. После оплавления полоса подвергается быстрому
охлаждению в воде, в результате чего поверхность жести получается
блестящей. Пассивация покрытия состоит в обработке его хромовой
кислотой; при этом на поверхности олова образуется тончайшая бес-
цветная пленка, которая предохраняет покрытие от окисления. В
заключение полоса промывается, просушивается, промасливается,
проходит дефектоскопию и направляется на моталки или режется
на листы.
Ввиду высокой стоимости и дефицитности олова постоянно ведутся
работы по замене этого материала другими видами антикоррозионных
покрытий. В промышленных масштабах освоено производство хроми-
рованной и алюминированной жести. Хромирование осуществляется
электролитическим способом, аналогично электролитическому лу-
жению. Алюминиевое покрытие наносится либо горячим способом
(пропусканием полосы через расплав), либо осаждением паров алюми-
434
Jte. 150, Схема расположения основного оборудования современного цеха жеста:
I - 6-клетевоЙ стан 1400 бесконечной прокатки; 2 - непрерывные агрегаты электролити-
ческой очистки полос; 3 - колпаковые отжигательные печи; 4 - стенды для охмеления
рулонов после отжига; 5 - агрегаты непрерывного отжига полос: <> - 2-й клетевой дресси-
ровочный стая; 7 - 2-й клетевой прокатнодрессировочный стан; 8 - агрегаты подготовки
рулонов к операциям покрытия (обрезка кромок, дефектоскопия и др.); 3 - агрегат
гтектропитической очистки тончайшей жести; 10 — непрерывные агрегаты электролити-
ческого лужения; 11 - агрегат вакуумного алюминирования; 12 - агрегат электролити-
ческого хромирования; 13 - агрегаты упаковки пачек жести; 14 - агрегаты сортировки;
IS — агрегат упаковки рулонов; 10 — агрегаты поперечной резки; 17 — агрегат упаковки
i |ачек жести и листов; 18 - передаточные тележки; 19 - ханеэподорожный путь
гтия в вакуумной камере. Также получило распространение покрытие
жести пищевыми лаками. Освоен выпуск таких видов продукции,
как черная лакированная жесть, белая (электролитическая) лакиро-
ванная жесть и т.д.
В качестве конкретного примера рассмотрим состав и расположе-
ние оборудования современного цеха жести, построенного на Кара-
гандинском металлургическом комбинате (рис. 190). В сортамент про-
дукции цеха входят следующие ее виды: электролитически луженная
жесть толщиной 0,1—0,36 мм, хромированная и алюминированная жесть
толщиной 0,08-0,32 мм, черная полированная жесть толщиной 0,08-
0,36 мм, конструкционная, декапированная и кровельная сталь тол-
щиной 0,25-0,6 мм. Продукция выпускается в листах и рулонах шири-
ной 700-1200 мм.
Исходной заготовкой служат горячекатаные полосы толщиной 1,8-
3,0 мм, шириной 700-1250 мм в рулонах массой до 23 т. Рулоны посту-
пают в протравленном состоянии из соседнего цеха холодной про-
катки.
435
Основным агрегатом жестепрокатного цеха является 6-клетевой
стан 1400 бесконечной прокатки. Диаметры его валков: рабочих Dp
= 600 мм; опорных Пщ, = 1400 мм. На стане можно вести прокатку по-
руленным и бесконечным способом. Максимальная (проектная) ско-
рость прокатки 40 м/с. Отжиг металла предусмотрен в колпаковых и
протяжных печах (в зависимости от требований к пластичности). Для
прокатки жести толщиной 0,08-0,15 мм установлен прокатно-дресси-
ровочный стан. Все агрегаты для нанесения покрытий непрерывного
действия. Производительность цеха жести 750 тыс. т/год.
7. Производство коррозионностойкой (нержавеющей)
.'ЮТОВОЙ стали
Корроэиониостойкая (нержавеющая) тонколистовая сталь широко
используется в химическом машиностроении, в нефтяной и пищевой
промышленности, для изготовления предметов бытового назначения
(стиральные машины, посуда, столовые наборы) и т.д.
В зависимости от химического состава и структуры коррозионно-
стойкие стали подразделяются на несколько классов. Наиболее рас-
пространенными являются стали аустенитного класса, содержащие
около 18 % Сг и 9-10 % Ni (марки 12Х18Н9, 12Х18Н10Т и др.). Эти стали
хорошо противостоят воздействию агрессивных сред, обладают высо-
кой прочностью и пластичностью, относительно хорошо свариваются.
Стали аустенитного класса немагнитны.
Многие нержавеющие стали, особенно аустенитные, сильно упроч-
няются при холодной деформации. Это вызывает соответствующий
рост контактных давлений и усилий. В связи с этим иногда приходится
разделять процесс прокатки на несколько циклов с промежуточными
термообработками.
Исходным материалом для холодной прокатки служат горячеката-
ные полосы, чаще всего толщиной 3-4 мм, поступающие с полунепре-
рывных или непрерывных станов, в более редких случаях - со ста-
нов с печными моталками или планетарных станов. Как правило,
перед травлением и холодной прокаткой горячекатаные полосы нер-
жавеющих сталей проходят смаягчающую термическую обработку.
Для сталей аустенитного класса такой смягчающей обработкой явля-
ется закалка. Она заключается в нагреве полос до 1050-1150 *С и быст-
ром охлаждении в воде или на воздухе. Нагрев проводится в проход-
ных печах непрерывного действия. Хромистые нержавеющие стали
мартенситного или мартенсите ферритного класса (марки 20X13, 30X13,
95X18 и др.) отжигают в колпаковых печах при температуре 760-800 *С
с охлаждением на воздухе.
Травление нержавеющих сталей осуществляется значительно труд-
436
12 3 4 5 6 7 В 0 10 U 12 13 /4 16 16 Н 18 1D 20
191. Схема непрерывного закалочно-травильного агрегата:
1 - рааматыватель; 2 — тянущие ролики; 3 — правильная машина; 4 - роликовый окалияо-
иматель; 5, 19 - ножницы; 6 - сварочная машина; 7, 1S - пиленые ямы; в - чюпалвх
устройство; 9 - мграмгельнм печь; 10 - камера охлаждейия; И — ванна щелочного или
идридного травления; 12,14 - устройства для промывки полосы; 13 - ванны кислотного
лравлваия; 15 - ванна пассивации; 16 — у прайс и» для холодной и горячей промывки
полосы; 17— сушильное устройство; 20 - моталка
нее, чем травление углеродистых сталей. Применяются различные спо-
собы травления (химический, электролитический) и различные по
своему составу травильные растворы. Достаточно эффективным и
распространенным является комбинированный щелочио-кислотный
метод травления. Он включает следующие операции: обработку полосы
в расплаве щелочи NaOH и селитры NaNO3 с добавкой поваренной
соли NaCl (примерный состав среды: 60-65% NaOH, 35-30% NaN03,
5% NaCl) при температуре ванны 450- 550 *С; травление в 10-18 %-ном
растворе серной кислоты с добавкой 3 % поваренной соли при темпе-
ратуре 60-90‘С; пассивацию и отбеливание в 6-8 %-ном растворе
азотной кислоты HNO3 при 40- 60 ’С. Каждая операция длится 3-15 мин,
после чего металл промывается в проточной воде.
В современных цехах, предназначенных для выпуска холоднока-
таной Нержавеющей стали, устанавливаются совмещенные закалочно-
травильные агрегаты (рис. 191).
Холодная прокатка нержавеющих сталей ведется на станах разных
конструкций. Чаще всего - это одноклетевые реверсивные станы
кварто или 20-валковые. Иногда используются непрерывные станы.
При небольших объемах производства применяются одвоклетевые
реверсивные и нереверсивные станы полистной прокатки (кварто).
Сортамент прокатываемых полос и листов очень разнообразен.
На реверсивных станах кварто прокатывают полосы толщиной 0,2-
2,5 мм, на 20-валковых станах - более тонкие, до 0,05 мм. Максималь-
ная ширина полос составляет 1200-1500 мм*, но часто прокатывают
более узкие полосы и ленты.
*На стане полистной прокатки 2800 комбинат» Запорожсталь’' выпускаются лиды ши-
риной до 2500 мм.
437
Суммарное обжатие за один передел между термообработкамн на
реверсивных станах кварто достигает 60-80 %, на 20-валковых станах -
до 85-95%. Величина обжатий по проходам ограничивается теми же
факторами, что и при прокатке углеродистых сталей. Обычно в первых
проходах обжатие лимитируется допустимым крутящим моментом,
а в остальных - усилием прокатки (прочностью валков). По ходу про-
катки относительные обжатия уменьшаются, т.е. распределение их соот-
ветствует схеме а на рис. 183. Максимальная скорость прокатки сос-
тавляет 10 м/с.
В связи с высокими требованиями, предъявляемыми к качеству
поверхности листовой нержавеющей стали, большое внимание уделя-
ется подготовке поверхности прокатных валков. Во многих случаях
применяются валки с полированной поверхностью 10-12 класса (по
ГОСТ 2789- 73).
После холодной прокатки следует термическая обработка для
снятия упрочнения, полученного при деформации. Лля аустенитных
сталей, как уже отмечалось, такой обработкой является закалка,
которая выполняется по режиму, указанному выше. Поскольку нагрев
полос в проходной печи ведется без защитной атмосферы, после за-
калки необходимо травление. Обе эти операции могут выполняться
в совмещенном закалочно-травильном агрегате (см. рис. 191). Кор-
розионностойкие стали мартенситного и некоторых других классов
подвергаются отжигу в колпаковых печах в защитной атмосфере.
Дрессировка полос или листов нержавеющих сталей ведется с об-
жатием 1-2%. Основной целью дрессировки в данном случае явля-
ется устранение волнистости и коробоватости полос, а также прогла-
живание их поверхности. При повышенных требованиях к плоскостнос-
ти продукции дрессировку проводят в несколько проходов. С этой же
целью применяется правка листов на правильно-растяжных машинах.
Часть листов и полос нержавеющей стали поставляется заказчикам
в нагартованном, т.е. упрочненном состоянии. При этом заключитель-
ная термообработка не проводится, а величина обжатий при холодной
прокатке (на последнем переделе) подбирается в соответствии с тре-
бованием по прочности металла. В зависимости от степени упрочнения
сталь подразделяют на полунагартованную (ПН), нагартованную (Н)
и особо нагартованную (ОН).
Одним из видов продукции, относящейся к листовой нержавеющей
стали, являются шлифованные и полированные пластины. Они исполь-
зуются в качестве контактных прокладок при прессовании листов из
целлулоида, винипласта, текстолита и других подобных материалов,
обеспечивая их гладкую поверхность. Для шлифовки и полировки лис-
товой нержавеющей стали применяются высокопроизводительные
полировальные станки с матерчатыми дисками, на которые наносятся
438
абразивные пасты, а также станки с полировальными абразивными
лентами. Стенки работают в автоматическом режиме. В результате
полировки поверхность листов может быть доведена до зеркального
блеска.
8. Производство электротехнической листовой стали
Электротехническая сталь условно делится на динамную и транс-
форматорную. Само название этих сталей указывает на области их
применения. Динамная сталь используется в основном для изготов-
ления электромоторов (динамо-машин) и генераторов, трансформатор-
ная - для изготовления трансформаторов и различных электромагнит-
ных приборов. Электротехнические стали работают в условиях пере-
магничивания переменным током и должны иметь низкие ваттные
(гистерезисные) потери и высокую магнитную индукцию.
Для обеспечения указанных физических свойств сталь должна со-
держать большое количество кремния и минимальное, как можно
меньшее количество углерода и других примесей. Обычно содержа-
ние кремния находится в пределах: в динамной стали - 1-1,8 %, в
трансформаторной - 2,8-3,5 %. Кроме того, сталь должна иметь особую
структуру - крупнозернистую и текстурованную. К числу стандарти-
зованных марок электротехнической стали относятся: ЭИ, Э12, Э13,
)21, Э22, Э31. Э32, Э310, Э320, ЭЗЗО и др *
Электротехнические стали выпускаются в виде полос и листов тол-
щиной 0,2-1,0 мм (чаще всего 0,35 и 0,5 мм), шириной до 1000 мм.
Распространенные размеры листов в плане 750 X 1500 мм и 1000 X
* 2000 мм. Исходной заготовкой служат горячекатаные полосы тол-
щиной 2-4 мм, поступающие в рулонах с непрерывных станов или ста-
нов с печными моталками.
Сопротивление деформации и пластичность электротехнических
сталей сильно зависят от процентного содержания кремния. У величе-
кие его количества в стали приводит к повышению сопротивления
еформапни и резкому палению пластичности. Поэтому холодная про-
катка трансформаторной стали осуществляется значительно труднее,
чем прокатка динамной.
Технология производства холоднокатаной трансформаторной стали
включает следующие операции: предварительный отжиг полос-заго-
говок с целью обезуглероживания и выравнивания структуры и
’Буквы и цифры в марках электротехнической стали обозначают: Э - электротехни-
ческая сталь; первая цифра — степень легирования стали кремнием; вторая цифра — га-
рантированные электрические и магнитные свойства; ноль (0) в конце марки означает,
что сталь холоднокатаная текстурованная, два нуля (00) — маяотекстуроваиная.
439
свойств; травление; первую холодную прокатку; обезжиривание и
очистку; рекристаллизационный отжиг; вторую холодную прокатку;
обезжиривание и очистку; обезуглероживающий отжиг; нанесение
защитного термостойкого покрытия; высокотемпературный отжиг
с целью получения необходимой крупнозернистой структуры металла;
нанесение электроизоляционного покрытия; резку, сортировку и
упаковку.
Предварительно полосы отжигают в колпаковых печах при 800—
850 *С без защитной атмосферы. Эта же операция может осуществляться
в агрегатах непрерывного отжига. Травление ведется в водных раст-
ворах серной или соляной кислот.
Как видно из приведенного перечня технологических операций,
холодная прокатка трансформаторной стали обычно проводится в
два передела с промежуточным рекристаллизационным отжигом.
Первую прокатку проводят на непрерывных или реверсивных станах,
вторую - только на реверсивных станах, причем с успехом применя-
ются 20-вапковые станы. Суммарное обжатие за каждый передел сос-
тавляет 55- 55 %. Распределение частных обжатий по проходам (клетям)
имеет убывающий характер (схема а на рис. 183). В первом проходе
рекомендуется применять большое обжатие - до 40-45%, что спо-
собствует значительному повышению температуры металла, а в связи
с этим - и повышению его пластичности. Рекристаллизационный отжиг
между первым и вторым переделами осуществляется в колпаковых
или протяжных печах в защитной атмосфере (например, 95% N3 +
+ 5 % Н2). Такой отжиг, называемый светлым, не требует последующего
травления полос.
Важную роль играет обезуглероживающий отжиг, проводимый после
завершения прокатки. Его целью является максимальное извлечение
углерода из стали. Он проводится в горизонтальных или башенных
печах непрерывного действия при температуре 850-950 *С. В рабочее
пространство печи подается обезуглероживающий газ-водород или
смесь водорода с азотом. В результате такого отжига содержание уг-
лерода в стали снижается до 0,004- 0,008 %.
Следующая операция - высокотемпературный отжиг, предназна»
ченный для создания конечной крупнозернистой структуры, коагу-
ляции включений и уменьшения количества вредных примесей j
металле. Перед высокотемпературным отжигом на поверхность стали
наносится слой гидроксида магния (Mg(OH)3) или другой защитный
слой, предотвращающий сваривание листов или витков рулонов в
процессе длительного пребывания металла при 1150-1180’С. Высоко-
температурный отжиг проводится в колпаковых печах в вакууме
или в среде водорода. При рулонном способе производства дополни
тельно проводится еще одна термическая операция - отпуск при
440
700-800’С. Эта операция выполняется в печах непрерывного действия
и защитной атмосфере.
В соответствии с назначением трансформаторной стали после за-
першения основных технологических переделов на ее поверхность
наносят электроизоляционное покрытие.
Технология производства холоднокатаной динамной стали проще,
чем технология производства трансформаторной стали, включает
меньшее число операций. Например, отсутствует предварительный
отжиг горячекатаных полос перед травлением. Основная холодная
прокатка выполняется на непрерывном стане за один передел сразу
почти на конечную толщину. Достаточная пластичность металла до-
пускает обжатие до 80 %. В качестве дополнительной холодной прокат-
ки применяется лишь дрессировка с обжатием около 4% после обе-
зуглероживающего отжига.
') Холодная прокатка цветных металлов
Из всего многообразия цветных металлов наиболее распространен-
ными и широко применяемыми в технике являются медь и алюминий.
Медь и ее сплавы относятся к категории тяжелых цветных металлов,
куда входят также никель, цинк, олово, свинец и др. Алюминий и его
сплавы вместе с титаном, магнием и некоторыми другими металлами
образуют группу легких металлов. В технологии производства тонких
листов из тяжелых и легких цветных металлов имеются существенные
различия. Кроме того, каждому отдельному металлу присущи неко-
торые свои особенности обработки. Рассмотрим технологию производст-
ва холоднокатаных листов и полос из наиболее распространенных
цветных металлов.
Прокатка меди и медных сплавов
Медь и ее сплавы (патуни, бронзы) обладают рядом ценных свойств:
коррозионной стойкостью, высокой электро- и теплопроводностью,
хорошими антифрикционными показателями и др. При этом медь и
многие ее сплавы обладают высокой пластичностью, достаточной проч-
ностью, хорошо свариваются, легко обрабатываются резанием, т.е. они
технологичны. В табл. 42 приведены химический состав и механичес-
кие свойства основных марок меди и некоторых распространенных
ее сплавов. Механические свойства указаны для металлов в отожжен-
ном состоянии.
Продукция медепрокатных цехов выпускается в виде листов, по-
лос и лент. Методом холодной прокатки получают медные и латунные
чисты толщиной 0,4-10 мм, шириной 600-1000 мм, длиной до 2000 мм,
а также полосы шириной до 600 мм. Значительную часть продукции
441
I
О S rs SJ SJ о
т
“ 2 2 2 - Д
SiSsSsSPSSGo I
gSSSo
3§§b<====
Бронза ЁрОИ4-3
Бронза Б₽А5
442
составляют медные, латунные и бронзовые ленты толщиной 0,05-
2.0 мм, шириной до 300 мм.
Исходным материалом для холодной прокатки служат горячеката-
ные листы и полосы толщиной 3-6 мм, иногда до 12-16 мм. Технопо-
। ическая цепочка состоит из следующих операций: травление или фре-
юрование заготовок; холодная прокатка; отжиг; травление; резка и
правка. Прокатка, отжиг и травление могут повторяться несколько раз;
это зависит от конечной толщины продукции. Применяются карточ-
ный и рулонный способы производства.
Травление в большинстве случаев осуществляется в водном раст-
воре серной кислоты концентрацией 5-25% при температуре 60-80 ’С.
Иногда при толщине заготовок 8-16 мм проводится сплошное фрезе-
рование поверхности металла на специальных станках. В результате
достигается высокое качество поверхности полос и уменьшается их
продольная раэнотогацинность, хотя возрастают потери металла.
Применяемые для холодной прокатки меди и ее сплавов станы
очень разнообразны как по конструкции, так и по габаритам. При про-
катке относительно толстых листов и полос применяются одноклете-
вые станы 2- и 4-валковые, нереверсивные и реверсивные. При боль-
ших объемах производства устанавливают трех- и четырехклетевые
непрерывные станы. Для увеличения массы рулонов несколько полос
сваривают встык. Наиболее тонкие полосы и ленты прокатывают на
многовалковых станах (6-, 12- и 20-валковых).
Относительное обжатие за пропуск обычно находится в пределах
10-45%. В первом проходе часто принимают пониженное обжатие -
до 30 %. Суммарное обжатие за один прокатный передел (между отжи-
1ами) достигает 60-80%. На непрерывных станах и реверсивных ста-
нах с моталками прокатка ведется с натяжением, которое составляет
(0,2-0,5) От. В качестве технологической смазки применяют эмульсии
концентрацией 1-5% или маловязкие минеральные масла. Макси-
мальная скорость прокатки на непрерывных станах - до 7 м/с, на
одноклетевых станах полистной прокатки - до 1-1,5 м/с.
Температуре рекристаллизационного отжига после холодной про-
катки устанавливается в зависимости от марки металла и толщины
отжигаемых полос. С уменьшением толщины полос температура от-
жига понижается. На практике принимают следующие температуры
отжига, ’С:
МвдаМ1-МЭ............................................... 550—700
ЛмуньЛ68................................................ 500—600
Л63 ............................................. 550-700
Бронза БрОФб. 5-0,5 .................................... 500—650
- ’ - БрОЦ4-3 .......................................... 580-620
БрД5,БрА7........................................ 620-720
443
Отжиг проводится в печах разных типов: метопических, колпако-
вых под муфелем и других. Для отжига полос толщиной 0,2-2,5 мм и
еще более тонких лент широко применяются протяжные печи непре-
рывного действия. Во многих случаях отжиг ведется в защитной ат-
мосфере; тогда операция травления после отжига становится необя-
зательной.
В стандартах на листовую продукцию из меди, латуней и бронз
предусмотрены градации конечных механических свойств. Так, мед-
ные листы, полосы и ленты выпускаются мягкими (Ов * 200 МПа) и
твердыми (ов == 300 МПа). Для латуней и бронз предусмотрены следую-
щие категории: мягкие, полутвердые, твердые и оссй?от верные. Разный
уровень механических свойств достигается применением определен-
ной степени деформации на заключительном этапе прокатки и варьи-
рованием термической обработки (полный или низкотемпературный
отжиг, отсутствие отжига).
Следует отметить, что латуни, содержащие значительное количество
свинца (например, ПС74-3), и некоторые бронзы проявляют хрупкость
при горячей деформации. Поэтому их подвергают только холодной
прокатке, начиная прямо со слитков толщиной 20-60 мм. Прокатка
разделяется на три этапа: обжимная, заготовительная (промежуточная)
и отделочная. Обжатия применяются пониженные.
Прокатка алюминия и алюминиевых сплавов
Алюминий отличается от многих других металлов прежде всего
тем, что он легок; его плотность 2,7 г/см3, т.е. почти в три раза меньше,
чем плотность железа. Он известен также высокой коррозионной стой-
костью, электро- и теплопроводностью, очень высокой пластичностью
в горячём и холодном состоянии. Однако, оценивая алюминий как
конструкционный материал, следует отметить его существенный не-
достаток - низкую прочность. В связи с этим изделия из чистого алю-
миния используются в основном в электротехнике, где необходима
высокая электропроводность. В качестве конструкционного материала
используются главным образом сплавы алюминия с марганцем, маг-
нием, медью и другими элементами.
Все алюминиевые сплавы, подвергаемые обработке давлением,
можно разделить на две группы: неупрочняемые и упрочняемые пос-
редством термической обработки. К числу первых относятся сплавы
алюминия с марганцем (АМц) и магнием (АМг), к числу вторых -
более сложные сплавы (дуралюмины Д1, Д16 и др.). В табл. 43 приведен
химический состав нескольких марок технического алюминия и наи-
более распространенных его сплавов.
Почти все алюмнииевые листы выпускаются в виде холоднокатаных.
Исходным материалом для холодной прокатки служат горячекатаные
444
1 IUi==i=
I
j
о о L|o tie |
□ а sis? » i s
i
80^ «. *1 c
- - 1
s «. I
J J I
J »
। i i i
JI 1 ; ’
- о
h; 1 1
|f 1 a a ?
a
445
полосы толщиной 2,5-8 мм (до 12 мм), шириной 1000-2500 мм. Полосы
поступают на станы холодной прокатки в рулонах массой до 12-15 т.
Минимальная конечная толщина полос после прокатки 0,15-0,3 мм.
Наиболее простой является технология производства листовой
продукци из технически чистого алюминия. Она состоит из двух основ-
ных операций: собственно холодной прокатки и отжига. При этом сум-
марная деформация до отжига может достигать 95-97 %.
Несколько более сложна технология производства листов из алю-
миниевых сплавов, особенно многокомпонентных. Так, горячекатаные
дуралюминиевые полосы, которые в большинстве случаев бывают
плакированными, перед холодной прокаткой проходят отжиг. Прокат-
ка сплавов обычно ведется в два-три передела с промежуточными
отжигами. Полосы из сплавов типа дуралюмина на заключительной
стадии производства подвергаются закалке с последующим старением
Для холодной прокатки алюминия и его сплавов применяются в
основном одвоклетевые реверсивные и непрерывные (2-5-клетевые)
станы кварто. Типовыми считаются станы с длиной бочки валков 1700
и 2800 мм. Величина частный обжатий чаще всего находится в преде-
лах 15-30%, при прокатке алюминия - до 50%. Натяжение полосы
составляет (0,3 *0,6) о,. Максимальная скорость прокатки на непре-
рывных станах достигает 21 м/с.
Особое внимание уделяется выбору технологической смазки. Это
объясняется, с одной стороны, тем, что алюминий обладает ярко вы-
раженной склонностью к налипанию на валки. С другой стороны,
к алюминиевым листам предъявляются очень высокие требования по
чистоте и внешнему виду поверхности. Находит применение техноло-
гическая смазка следующего состава: керосин - 50-75 %; индустриаль-
ное масло И-12А - 50-25 %; олеиновая кислота - 0,5-5,0 %. Применя-
ются также маловязкие минеральные масла с присадками. Совместно
с подачей смазки валки охлаждаются эмульсией на основе эмульсолов
59Ц, Укрннол 202 и других) концентрация эмульсии 2-10%.
Вид заключительной термической обработки зависит от состава
металла и требований к механическим свойствам. Для алюминия и
термически неупрочняемых сплавов применяется отжиг при темпе-
ратуре 370-400 *С (алюминий, АМг) или 470- 490 ‘С (АМц). Промежуточ-
ные отжиги, если они необходимы, проводятся при более низкой тем-
пературе. Для проведения отжигов используются электрические печи.
При производстве листов из дуралюмина, как уже отмечалось,
конечной термической обработкой является закалка с последующим
старением. Закалка заключается в нагреве листов или полос до тем-
пературы 500 ’С, после чего следует резкое охлаждение в воде. Опе-
рация, называемая старением, может быть естественной или искусствен-
ной. Естественное старение происходит в процессе вылеживания лис-
446
тов при комнатной температуре в течение 4 суток и бопее. Искусствен-
ное старение осуществляется путем подогрева металла до 100-200 *С
выдержкой в пределах одних суток.
Листы из алюминия и его сплавов выпускаются мягкими (с обозна-
чением М), полунагартованимми (П) и нагартованными (Н). В двух
последних случаях после заключительной термической обработки
проводится дополнительная холодная прокатка с необходимым сум-
марным обжатием.
Для получения листов с особо гладкой, глянцевой поверхностью
и максимальной планшетностыо после всех основных операций при-
меняется так называемая прогладка - холодная прокатка в полиро-
ванных валках в несколько проходов с общим обжатием 0,5-1,0 %.
10. Производство фольги
Основным материалом, из которого изготавливается фольга, является алюминий ма-
рок ЛОО, АО, Al, А2, АЛ1, АД. Алюминиевая фольга широко применяется в пищевой про
мышленноетк для упаковки кондитерских изделий, чая, кофе; закупорки молока и мо-
лочпых продуктов, фруктовых соков и вия; в табачной и парфюмерной промышленности
для упаковки папирос, табака, мыла и других изделий; в электротехнической промышлен-
ности для изготовления конденсаторов и т.д. В гораздо меньших количествах производится
фольга из меди, олова, свинга и других металлов.
Согласно стандартам, алюминиевая фольга выпускается толщиной 0,005—0,2 мм*, шири-
мой до 1000 мм, а иногда даже 1700 мм. Прокатка фольги ведется рулонным способом.
Исходной заготовкой служат холоднокатаные полосы толщиной 0,3-0,8 мм, чаще 0,5—
0.7 мм. На фольгопрокатные станы поступают рулоны массой до 5 т.
Первой операцией при производстве фольги является перемотка полосы из стальные
«тушки-шпули. Главное назначение иой операции - получение плотно смотанных руло-
нов к* прочном основании. Жесткая шпуля предохраняет тонкую фольгу от повреждений
и облегчает закрепление рулонов к* моталках при последующих операциях. Перемотка
.•уществлястея на специальных перемоточных машинах. Она часто сопровождается обрез-
кой боковых кромок полосы ка 5-5 мм с каждой стороны.
Прокатка фольги ведется, как правило, на нескольких последовательно расположен-
ных одноклетевых станах, которые делятся ха заготовительные и отделочные. Применя-
ются стены двухвалковые и четырохвалковые. Размеры валков (в числителе - рабочих,
з яамеиателе - опорных);
' 'таны Диаметр валков, мм Длина бочки, мм
двухвалковые...................... 230-460/- 600-1200
ирехвалковые ............... 160-260/400-800 750-1830
Процесс прокатки чаще всего состоит из 5-6 проходов, причем последние 1-2 прохода
«1шлются отделочными. Частные обжатия в большинстве случаев находятся в пределах
40-40 %. Прокатка ведется с натяжением. Большое влияние на результаты прокатки ока-
зывают состояние поверхности, смазка и охлаждение валков. Заготовительные проходы
выполняются на шлифованных валках, отделочные - на полированных, зеркальных.
* Максимальная толщина фольги из других металлов составляет 0.1 мм.
447
3 2
Рж. 191 Схемы процессов сдваивания (в) и раздваивания (б) фолыи;
1 - смоточные устройства; 2 - направляющие ролики; 3 - дисковые ножницы; 4 - прижим-
ной ролик; 5 - намоточные устройства
В качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют легкие минеральные масла
(трансформаторное, велосит И-12А, И-20А), часто с добавкой керосина или бензина. Для
усиления антифрикционных свойств смазки в нее вводят присадки (олеиновая кислота,
пальмовое масло). Иногда параллельно с подачей смазки взлкя дополнительно охлаждают
эмульсией.
Скорость прокатки ха двухвалковых станах старого типа на преньплает 1-3 м/с, ха
современных четырехвалковых станах достигает 16-25 м/с.
После прокатки рулоны фольги на шпулях поступают иа отжиг. Температура отжига
зависят от требований к механическим свойствам металла. Фольга, предназначенная для
упаковки пищевых продуктов, должна быть максимально мягкой; ее отжигают при тем-
пературе 450-510 °C. Техническая фольга (для конденсаторов) отжигается при температу-
ре 200-280 °C. Отжиг производится в электрических печах сопротивления различных конст-
рукций.
При изготовлении особо тонкой фольги толщиной менее 0,01-0,012 мм, технологический
процесс усложняется. После основной прокатки ха толщину 0,01-0,02 мм полосы сдваи-
ваются и ведется их совместная прокатка на конечную толщину (иногда с предваритель-
ным отжигом). Перед операцией сдваивания, схема которой показана ха рис. 1Й, в, полосы
промываются авиационным бензином. Прокатка полос в сдвоенном состоянии ведется в
один пропуск. После прокатки полосы раздваиваются (рис. 192, б), отжигаются и режутся на
мерные размеры.
Для производства фольги характерным является применение специальных отделочных
операций, предназначенных для усиления антикоррозионных свойств материала, повыше-
ния его прочности и придания ему товарного вида. К числу таких операций относятся ла-
кирование, окрашивание, тиснение, кеширование (наклеивание фольги на бумагу).
11. Материал и профилировка валков станов
холодной прокатки
Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие очень
высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько
раз превышают величину предела текучести деформируемого металла
при комнатной температуре. В связи с этим валки должны обладать
соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо
учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности
448
олоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки должны иметь
пределенный микрорельеф поверхности; тем более недопустимы
различные макроповреждения и дефекты.
Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают из высоко-
углеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом
и другими элементами. Чаще всего применяют валки из сталей 9Х, 9ХФ,
9X2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. После отливки и ковки
малки подвергаются сложной термической обработке, на заключитель-
ной стадии - поверхностной закалке с отпуском. Твердость бочки
рабочих валков обычно находится в пределах 90-102 HSD (по Шору),
твердость шеек 30-55 HSD. Толщина закаленного поверхностного
слоя валков должна быть на менее 3 % радиуса валков. Для рабочих
палков большого диаметра (порядка 500- 600 мм) рациональная тол-
щина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм.
В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназ-
наченных для прокатки особо твердых и топких лент, иногда изготав-
швают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида
вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта). Методом
। зрячего прессования и спекания удается получать цельные валки
диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков дости-
гает 115-125 HSD. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость
палков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю
упругости, карбидвольфрамовые валки сплющиваются в очаге дефор-
мации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь
п виду, что карбидвольфрамовые валки имеют большую стоимость
и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование
при ударной нагрузке и значительных прогибах.
Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и сос-
। явные (бандажированные). Наиболее распространены цельнокованые
шорные валки. Их изготавливают из сталей 9Х, 9X2,9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ.
Иля изготовления осей составных валков используют более простые,
менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бан-
ка жи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым
тикам. Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60-
MHSD.
На практике установлено, что работоспособность новых валков,
обенно рабочих, прошедших сложную термическую обработку, зна-
чительно повышается при вылеживании их в течение 5-6 месяцев;
•то способствует снятию внутренних напряжений в валках.
Важной операцией является подготовка поверхности валков к
прокатке. Применяются рабочие валки со шлифованной, полирован-
ной и насеченной поверхностью. Шлифование валков до 7-9 класса
чистоты поверхности является наиболее распространенной операцией;
449
123
она выполняется на специальных вальцешлифовальных станках.
Инструментом для обработки служат шлифовальные круги из карбида
кремния, карбида бора, электрокорунда, синтетических алмазов и
других материалов. При шлифовании сначала производится обдирка
с целью удаления накопившихся поверхностных дефектов, а затем —
чистовая обработка с профилированием бочки валка и доводкой по-
верхности до заданного класса чистоты. Съем поверхностного слоя
за одну плановую перешлифовку (при отсутствии глубоких поврежде-
ний) для рабочих валков составляет примерно 0,05-0,1 мм на диаметр.
Полированные рабочие валки 10-12 класса чистоты поверхности
применяются на многовалковых станах, в частности при прокатке
нержавеющей стали, а также очень часто при прокатке некоторых ви-
дов цветных металлов, например фольги. Полирование осуществля-
ется также на вальцешлифовальных станах с применением мелкозер-
нистых корундовых кругов на бакелитовой связке с графитовым
наполнителем, графитовых и войлочных кругов. На поверхность
войлочных кругов наносится полировальная паста типа ГОИ.
Насеченные, шероховатые рабочие валки применяются в первой
и последней клетих непрерывных станов: в первой клети - для улуч-
шения условий захвата, в последней клети - с целью предотвращения
сваривания витков рулонов или листов в пачках при отжиге. Насечен-
ные валки применяются и в некоторых других случаях, когда необ-
ходимо получить шероховатую поверхность продукции. Операция на
сечки выполняется на специальных дробеструйных установках. Ра-
бочим телом служит чугунная или стальная колотая дробь, иногда -
резаная стальная проволока (сечка).
В настоящее время для получения высококачественной, износостой-
кой поверхности валков с любой требующейся шероховатостью все
более широко исйольэуется электроискровая и электроэрозионная
обработка.
Под действием больших усилий, возникающих при холодной про-
катке, валки претерпевают значительную упругую деформацию: они
прогибаются (см. рис. 150) и сплющиваются. Образующаяся в процессе
прокатки тепловая выпуклость валков нс компенсирует в полной
мере их упругую деформацию. В связи с этим для получения листов
и полос с минимальной, допустимой поперечной разнотолщиниостью
приходится применять выпуклую начальную (станочную) профилиров-
ку валков (рис. 151, s). При этом часто профилируется только верхний
рабочий валок, а остальные три валка клети кварто (нижний рабочий
и два опорных) шлифуются цилиндрическими. Величина задаваемой
выпуклости зависит, естественно, от типа става, размера валков,
свойств металла, толщины и ширины прокатываемых полос, режима
450
обжатий и т.д. Чаще всего величина выпуклости (по разности диамет-
ров) находится в пределах 0,05-0,5 мм.
На бочках опорных валков иногда делают краевые скосы длиной
до 250 мм с уменьшением диаметра до 3 мм. Это способствует более
равномерному распределению давлений и износа вдоль бочек. Прак-
тика свидетельствует, что для нормальной эксплуатации станов хо-
лодной прокатки необходимо иметь минимум пять комплектов рабо-
чих валков и три комплекта опорных.
12. Дефекты холоднокатаных листов и полос, меры
по их предотвращению и устранению
Виды дефектов холоднокатаных листов и полос очень многочис-
ленны. Некоторые из них специфичны, т.е. относятся только к какому-
либо конкретному виду продукции. Например, при производстве лис-
тов с покрытиями большое место в отбраковке занимают дефекты
покрытий. Отдельные вилы продукции имеют классификаторы дефек-
тов, включающие 30-40 и более наименований. Ниже рассмотрены
только самые типичные виды дефектов, причем многие из них свойст-
венны как холоднокатаным, так и горячекатаным листам (см. гл. II,
п. 18).
1. Несоблюдение точности размеров и формы листов и полос. Пос-
кольку холоднокатаные листы в основной массе значительно тоньше,
чем горячекатаные, на первый план выходят такие дефекты, как по-
перечная и продольная разнотопщинность, волнистость, коробоватость.
Предупреждение их достигается оптимальной профилировкой валков,
применением протнвоизгиба, введением автоматического управления
процессом прокатки.
2. Нарушение сплошности металла. Основной причиной возникнове-
ния дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка, плены,
расслоения и др.) является плохое качество металла исходной горяче-
катаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты типа нарушения
сплошности могут возникать в результате неправильного осуществле-
ния процесса прокатки. При задаче в валки коробоватых полос, когда
имеется тенденция к образованию продольной складки, в зоне дефор-
мации одна часть полосы смещается относительно другой части. На
поверхности металла проступают светлые линии, расположенные под
некоторым углом к направлению прокатки (рис. 193, а). Такой дефект
называется порезом (или "елкой”, если линии располагаются симмет-
рично в продольном направлении). Причиной возникновения этого
нередкого дефекта является неудачно подобранная профилировка
валков, неравномерное распределение обжатия по ширине полосы.
3. Дефекты поверхности листов и полос относятся к числу наиболее
451
Рж. 193. Вида дефектов холоднокатаных полос я листов:
а - порез; 6 - остатки окалины на иедотравлсяяой полосе; а - вкатанная металлическая
крошка; г - пятна загрязнений (пригар эмульсии) на полосе
распростраиеных. Они возникают на разных переделах. При травлении
горячекатаных полос возможны недотрав и перегрев. В первом слу-
чае на поверхности полосы остаются темные полосы или пятна неотрав-
ленной окалины (рис. 193, б); во втором - поверхность металла полу-
чается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появ-
ление этих дефектов требует изменения режима травлении.
452
В процессе прокатки на поверхности полос иногда образуются уг-
лубления (нйдооы) или выступы (бугорки). Отпечатки в виде надавов
разных форм и размеров обычно появляются вследствие наваривания
частиц металла на поверхность валков. В этом случае необходима за-
чистка поверхности валков, например наждачной шкуркой или абра-
швным бруском. Бугорки образуются при наличии на поверхности
валков вмятин или раковин (от выкрошивания). Валки с грубыми
дефектами поверхности должны быть заменены.
Распространенным видом повреждения холоднокатаных листов и
полос является вкатанная металлическая крошка (рис. 193, в). Дефект
возникает в результате попадания кусочков металла на поверхность
прокатываемой полосы. Часто кусочки металла отрываются с кромок
полосы, когда на кромках имеются трещины или заусенцы.
При соприкосновении металла с острыми краями проводковой ар-
матуры, при транспортировке и других операциях на поверхности
полос образуются риски и царапины. Эти дефекты также могут воз-
никать в результате относительного смещения витков полосы в руло-
не при его намотке, размотке и перемещения.
Некоторые виды поверхностных дефектов образуются при отжиге
холоднокатаного металла. Так, при наличии на поверхности металла
после прокатки значительных остатков технологической смазки
(эмульсии) возможно появление при отжиге темных пятен и разводов,
располагающихся в основном вблизи кромок полос или листов
(рис. 193, г). Этот дефект часто называют пригаром эмульсии. Для его
предотвращении следует избегать применения слишком концентри-
рованных эмульсий и в максимальной степени удалять остатки смаз-
ки с поверхности полос после прокатки, что достигается сдуванием
или другими методами.
4. Отклонения по структуре и физико-механическим свойствам ме-
талла зависят главным образом от выполнения предписанных режи-
мов термической обработки. Вместе с тем следует иметь в виду боль-
шое влияние режимов деформации, которые должны быть выбра ы
с учетом конечных свойств металла.
13. Направления и перспективы развития технолога
и оборудования цехов холодной прокатки
Холоднокатаный листовой прокат относится к категории высоко-
качественной металлопродукции. Использование его в различных от-
раслях промышленности чрезвычайно эффективно. Это является сти-
мулом интенсивного научно-технического прогресса в области произ-
подства холоднокатаных листов. Идет непрерывное совершенствова-
453
ине существующих технологий, предлагаются принципиально новые
технические решения. Основные из них отмечены ниже.
1. Постоянно ведутся работы по замене трудоемкой и экологически
вредной операции травления другими способами удаления окалины
с поверхности горячекатаных полос-заготовок. Установка в составе
травильных линий валковых окапиноломателей, работающих по
принципу резкого перегиба и растяжения полосы, и дрессировочных
клетей позволяет значительно сократить процедуру последующего
травления. В последние годы развивается дробеструйный способ уда-
ления окалины. Дробеструйные аппараты устанавливаются либо не-
посредственно в линиях травления, либо отдельно, в самостоятель-
ных линиях. Обычно после дробеструйной обработки требуется лишь
легкое травление; при этом расход кислоты сокращается примерно
на 75%.
2. В цехах с большим объемом производства будут сооружаться
новые непрерывные станы, в основном 5-кпетевые для прокатки по-
лос толщиной не менее 0,3-0,4 мм и 6-клетевые для прокатки более
тонких полос. Масса рулонов достигнет 50-60 т. Получат дальнейшее
распространение станы бесконечной прокатки.
Максимальная скорость прокатки, по-видимому, не превысит 35-
40 м/с, так как практика свидетельствует, что достижение таких ско-
ростей вызывает трудности. На тех новых станах, на которых такие
скорости запроектированы, фактически прокатка осуществляется на
более низких скоростях, до 30- 35 м/с.
При относительно небольших объемах производства холодноката-
ных листов и полос, например из специальных сталей и многих цвет-
ных металов, будут широко использоваться одиоклетевые реверсив-
ные многовалковые станы, оборудованные мощными намоточно-натяж-
ными барабанами (моталками). Максимальная скорость прокатки на
этих станах будет находится на уровне 10-15 м/с. Интенсивно разра-
батываются новые конструкции одноклетевых станов, рассчитанные
на работу с повышенными обжатиями. К числу таких станов относятся
рассмотренные выше станы типа MKW и Тейлора (рис. 179).
В зарубежной практике имеются примеры использования многовал-
ковых клетей в составе непрерывных станов (рис. 194).
3. В связи с постоянным ужесточением требований по минимальной
поперечной разнотолщинности листов, а также их полной планшет-
ности, будут продолжаться работы по совершенствованию профили-
ровок валков. Особого внимания заслуживает разработка способов
мобильного воздействия на профиль прокатной щели и, соответственно,
профиль листов в процессе прокатки. Будет расширяться применение
установок протнвоизгиба валков. В последние годы предложены спо-
собы быстрого воздействия на профиль прокатной щели путем осево-
454
hr. IM. Схема непрерывного стана, состоящего из четырех многовалковых ютегей:
I - разметив и ель; 2 - ЗОвалковые рабочие клети; 3 - моталка
Рж. 195. Способы ммемяия формы межвалковосо зазора посредством осевого смещения
залкок
- вариант применения "бутылочных” рабочих валков; б - вариант смещения промежу-
точных валков; 1 - прокатываемая полоса; 2, 3, 4 — соответственно рабочие, промежу-
точные и опорные валки
го смещения рабочих валков специальной, так называемой ’’бутылоч-
ной” формы или промежуточных валков на многовалковых станах.
Форма ’’бутылочных” валков схематично показана на рис. 195, и. Оче-
видно, при осевом смещении "бутылочных” валков навстречу друг
другу высота зазора в средней части бочек будет уменьшаться, т.е. бу-
дет достигнут эффект, аналогичный увеличению выпухлости валков.
При осевом смещении промежуточных валков с односторонними крае-
выми скосами, как показано на рис. 195, б, также достигается измене-
ние соотношения обжатий в средней части и по кромкам полосы.
4. Тенденция к постепенному уменьшению толщины прокатываемых
листов вызывает необходимость применения более эффективных тех-
нологических смазок (эмульсий). Однако введение дополнительных
количеств жировых компонентов в смазку приводит к повышенной
зажиренностн металла после прокатки, что нежелательно. Для устра-
нения указанного противоречия современные смазочные системы на
455
непрерывных станах должны предусматривать возможность раздель-
ной подачи смазки по клетям, позволяя варьировать состав и кон-
центрацию смазки. В этом случае на валки последней, чистовой клети
подается низкоконцентрированная эмульсия или даже моющий
раствор.
Современные смазочные системы также должны обеспечивать дос-
таточное охлаждение и тщательную очистку эмульсии от металличес-
ких частиц и других загрязнений.
5. В термических отделениях будут широко применяться агрегаты
непрерывного отжига с вертикальными или горизонтальными протяж-
ными печами. Практика подтвердила большие преимущества этих агре-
гатов: возможность достаточно простого регулирования температурно-
скоростных параметров обработки, удобство механизации и автома-
тизации, высокую производительность.
б. Основные объекты современных цехов холодной прокатки, бу-
дучи агрегатами непрерывного действия и имея соизмеримую произ-
водительность, могут быть объединены в единые, совмещенные линии.
Уже имеется положительный опыт включения дрессировочных станов
в состав агрегатов непрерывного отжига. Проходит испытания вариант
совмещения станов холодной прокатки с агрегатами непрерывного
травления. Имеются сведения, что при создании совмещенных пиний
травления-прокатки капитальные затраты снижаются на 18 %.
7. Будет расширяться выпуск листовой продукции с защитными и
декоративными металлическими и неметаллическими покрытиями.
Это значительно повышает эффективность ее использования в народ-
ном хозяйстве.
8. Нормальное функционирование новых, высокопроизводительных
цехов холодной прокатки невозможно без использования автомати-
ческих систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). При-
менение АСУ дает положительные результаты на всех переделах,
но особенно необходимо оно на основном технологическом агрегате -
непрерывном или реверсивном прокатном стане, где в настоящее время
автоматизированно выполняются многие операции: подача и уборка
рулонов, задача полосы в клети, установка валков в рабочее положе-
ние, перевалка рабочих валков и др. Качество выпускаемой продук-
ции в решающей степени зависит от работы автоматических систем,
управляющих самим процессом прокатки. К их числу относятся:
1. Система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ).
2. Система автоматического регулирования натяжения (САРН).
3. Система автоматического регулирования профиля и формы полез-
ем (САРПФ).
4. Система автоматической подачи смазочно-охлаждающей жидкос-
ти (САПОЖ).
456
В задачу САРТ входит обеспечение постоянства толщины пропа-
иваемых полос, исключение значительных колебаний по толщине.
Работа этой системы осуществляется посредством воздействив на
.шжимные устройства, а также путем изменения межклетевых натяже-
ний и скорости вращения валков. По некоторым данным, применение
САРТ обеспечивает прокатку 99% длины полосы с отклонениями от
аданной толщины не более 1-2%.
САРН является как бы подсистемой САРТ; работа этих систем тесно
взаимосвязана. Поддержание величины натяжений на заданном, опти-
мальном уровне особенно необходимо в переходных режимах прокат-
ки, например при переходе с заправочной скорости на рабочую.
САРПФ воздействует на профиль межвалкового зазора (прокатной
щели). Одним из наиболее эффективных средств регулирования в
пом случае является применение устройств для противоизгиба (или
принудительного изгиба) валков.
САЛО Ж обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости
(СОЖ) на валки и полосу в необходимом, регулируемом количестве.
Подача СОЖ ведется раздельно по зонам, выделенным по длине бочки
палков. В задачу САПОЖ входит стабилизация теплового состояния
палков в процессе прокатки. Для выполнения этой функции вдоль
бочки валков располагаются температурные датчики. Регулирование
температуры валков осуществляется с точностью ±5 'С.
’’Мозгом” автоматических систем управления являются ЭВМ, ко-
торые на современных быстроходных станах составляют мощные вы-
числительные комплексы. Затраты на автоматизацию станов холодной
прокатки окупаются за 2-3 года, не считая тех выгод, которые полу-
чает потребитель благодаря применению листовой продукции более
высокого качества.
14. технико-экономические нохазателл npoi гводг-•
холоднокатаных листов и полос
Производительность станов холодной прокатки зависит от сортамен-
та прокатываемых полос, скорости прокатки, массы рулонов и коли-
чества сварных швов в них, длительности простоев стана и других
факторов. Большое влияние на производительность оказывает сте-
пень автоматизации станов.
Практически возможная часовая производительность определяется
по общей формуле (2). Под величиной G в данном случае следует по-
нимать массу рулона. Коэффициент использования стана ки состав-
ляет 0,85-0,90. Такт прокатки Т можно представить как сумму машин-
457
кого времени тм и времени пауз тп [см. формулу (280)]*. При опреде-
лении машиного времени Тм необходимо учитывать изменение ско-
рости на протяжении прокатки рулоне. Как отмечалось ранее, на
непрерывных станах скорость снижается в период заправки полосы
и выдачи заднего конца, а также при прохождении сварных швов.
Например, при прокатке на непрерывном стане двойных рулонов в
соответствии с диаграммой (циклограммой) на рис. 182 машинное
время будет тм = Ч + т3 + тэ + т4 + та + т6 + т, + те. Время паузы тп = т,.
При прокатке на реверсивных станах часовая производительность
определяется по формуле:
360OGfcK
Л= ----------!!-,
где S - сумма машинного времени во всех проходах; S гв - сумма
времени вспомогательных операций; S tn - сумма иремени пауз между
проходами.
Ниже приведены практические данные по часовой производитель-
ности основных типов станов при холодной прокатка углеродистых
конструкционных сталей и жести:
(307)
Тип стана
Непрерывный, 4- или 5-клетевой.............
Бесконечной прокатки, 5-клетевой...........
Непрерывный, 5- или 6-клиевой жестепрокииый .
Одиеклетизой реверсивный кварто............
Производительность, т/ч
150-500
250-800
50-200
30-100
Большой разбег в значениях часовой производительности для ста-
нов одного и того же типа объясняется сильной зависимостью этого
показателя от толщины и ширины прокатываемых полос. При прокатке
специальных сталей и цветных металлов производительность значи-
тельно, часто в несколько раз, ниже, чем при прокатке углеродистых
сталей. Например, при прокатке широкополосной корроэионностой-
кой (нержавеющей) стали на реверсивных многовалковых станах
производительность составляет примерно 5-15 т/ч.
Фактическое число часов работы в году, необходимое для расчета
годовой производительности, для большинства станов холодной про-
катки находится в пределах 7000-7500 ч; в отдельных случаях оно
бывает меньше, порядка 6000- 6500 ч.
•Вели прокатка ведется с перекрытием, то такт прокатки Г равен разности между цик-
лом прокатки одного рулона и временем перекрытия Т- {ц - Тщр.
458
Показатели расходи металла, других материалов и анергоиоснтелей существенно за-
лисят от вила продукции, типа прокатного стана и принятой технологии на всех переделах.
При производстве распространенных видов холоднокатаных листов и полос расходный коэф-
фициент металла к^м (от горячекатаной заготовки) составляет!
Вид продукции
Полоски листы из углеродистой и низколегированной стали... 1,06-1,11
Жесть белая электролитического лужения.................... 1,08-1,13
электротехническая сталь.................................. По 1>37
Расход электроэнергии при прокатке углеродистой стали, жести и электротехнической
стали соответственно составляет: 90-120, 250-4(10 и 400-550 кВт • ч/т, Эти данные вклю-
чав! затраты электроэнергии на термообработку и отделку металла,
Рсеход тепло на термообработку углеродистой стали составляет 0,96-1,1 МДж/т.
Расход кислоты из травление существенно зависит от вида применяемой кислоты.
При сернокислотном травлении на 1 т горячекатаных полос расходуется 10-15 кт HsS04
(концентрацией 96 %); при сопянокислотном, с учетом регенерации - 2-3 кг НС1 (концентра-
цией 33 %), В этом проявляется одно на преимуществ солянокислотного травления.
Расход валкое (рабочих) на 1 т проката составляет: к> непрерывных и реверсивных
станах кварто 0,6—1,5 кг, на многовалковых станах 0,5-0,6 кг, на дрессировочных станах
0,1-0Д кг. Расход опорных валков примерно в 1,5 раза ниже, чем рабочих.
Основную часть себестоимости холоднокатаных листов и полос,
как и горячекатаных, составляет стоимость исходной заготовки. Рас-
ход по переделу в цехе холодной прокатки в большинстве случаев на-
ходятся в пределах 10-20 % себестоимости.
Контрольные вопросы
1. В чем заключаются преимущества и трудности холодной прокатки по сравнению с
горячей’
2, Назовите основные типы станов холодной прокатки.
3. Изобразите схему стана бесконечной прокатки.
4. Чем вызывается необходимость применения многовалковых (двадцативалковых)
станов?
5. Какой способ травления является более прогрессивным: сернокислотный или соляно-
кислотный? Почему?
6. Изобразите и поясните схему непрерывного травильного агрегата. Как обеспечивается
прохождение полосы через ванны с постоянной скоростью?
7. Изобразите диаграмму изменения скорости прокаткн на непрерывном стане при ра-
боте на укрупненных (сдвоенных, строенных) рулонах.
8. Какие варианты распределения обжатий по клетям (проходам) применяются при
холодной прокатке?
9. Чем выгоден процесс прокатки с натяжением? Какие величины удельных натяжений
имеют место на практике?
10. Какую технологическую смазку применяют при холодной прокатке углеродистой
тонколистовой стали? Как ее приготавливают? Какие функции она выделяет?
11. При какой температуре ведется отжиг низкоуглеродиетой холоднокатаной стали?
Что называется светлым отжигом?
12. Какие типы печей применяются для отжига холоднокатаной стали?
13. Почему необходима операция дрессировки полос после отжига? Какова величина
обжатия при дрессировке?
459
14, Что такое металлопласт? Как его производят?
15. Назовите максимальные скорости прокатки ка непрерывных станиг с разным чис-
лом клетей и на одноклетввых реверсивных стаям холодной прокатки.
15. Как определяется средний предел текучести металла в очаге деформация при хо-
лодной прокатка?
11. Какие валки больше подверггеиы сплющиванию: стальные или чугунные?
18. Каким способом получают жесть толщиной меиее 0,16-0,18 мм?
19. В чем преимущества электролитического лужения жести по сравнению с горячим
лужением?
20, Назовите характерные марки коррозионностойких (нержавеющих) сталей, расшиф-
руйте их состав,
21. Какие прокатные станы преимущественно используются для прокатки коррозион-
нестойких сталей?
22. По какому режиму проводят смягчающую термическую обработку коррозионяо-
стойких сталей?
23. Чем специфичен химический состав электротехнических сталей? Присутствие какого
элемента крайне нежелательно в этих сталях?
24. Дайте оценку пластичности электротехнических сталей по сравнению с ккзкоугле-
родистыми етапямя,
2S. Назовите основные виды прокатываемых медных сплавов, укажите их примерный
химический состав.
26. Из каких переделов складывается технологический процесс производстве холодно-
катаных листов из меди и из сплавов?
27, Назовите основные виды алюминиевых сплавов, укажите их преимущества и недос-
татки по сравнению с чистым алюминием.
2D. Какими способами повышают прочность листов ка алюминиевых сплавов?
29. Как прокатывают особо тонкую алюминиевую фольгу?
30. Из каких материалов изготавливают рабочие и опорные валки станов холодной про-
катки?
31. Как обрабатывают поверхность валков, предназначенных для холодной прокатки,
на каком оборудовании?
32. Укажите основной тип профилировки валков станов холодной прокатки.
33. Какой дефект холоднокатаных листов называется ’порезом’?
34. Опишите характерные виды поверхностных дефектов холоднокатаных листов.
35. Назовите основные направления совершенствования технологии в пехая холодной
прокатки.
36. Назовите часовую производительность современных непрерывных станов холодной
прокатки тонколистовой углеродистой стали.
37, Назовите расходные коэффициенты металла при производстве холоднокатаных
стальных листов.
Глава IV. ОСНОВЫ ТЕОРИЙ ТОЧНОЙ ЛИСТОВОЙ ПРОКАТКИ
1. Упругие деформации рабочей клети
Рабочая клеть прокатного стана, как и всякая другая конструкция, представляет собой
упругую систему. Под действием силы прокатки ее детали упруго деформируются: стойки
станин растягиваются, поперечины станин прогибаются, валки прогибаются и сплющива-
ются, многие летали (подшипники, полушки, нажимные винты, гайки, подпятники и др,)
сжимаются. В результате всех этих деформаций зазор между валками увеличивается.
Разность между зазором во время прокатки и начальным зазором между ленагруженнымя
460
валками называется пружиной рабочей клети. Зазор между волками в момент прокики
равен толщине выходящего конца полосы (если пренебречь очень малым упругим восста-
новлением толщины полосы после прокатки); поэтому пружину 8 можно представить
в виде
в h4 - io, (308)
где — толщина полосы на выходе на валков; г0 - зазор между ивнагружеяиыми валками.
Пружину рабочей клети можно определить теоретически и экспериментально. Теоре-
тическое определение сводится к расчету упругой деформации каждой отдельной детали,
для чего имеются специальные формулы; затем деформации суммируются. Однако тео-
ретический расчет трудоемок и на вполне точен. Достаточно прост экспериментальный
метод определения пружины, Он заключается в прямом измерении величин h, и г0 при
прокатке листов разной толщины или с разными обжатиями. Параллельно производится
измерение силы прокатки f (.спв должен быть оснащен меслозами). По результатам опытов
строится график зависимости б = ф (?) (рис. 190.
Пиния на рю. 196 называется упругой линией клети. Как видим, она состоит из двух
участков - криволинейного и прямолинейного. Криволинейный участок показывает,
что на начальной стадия нагружения пружина резко увеличивается даже при небольшом
росте силы Р. Это объясняется выборкой неплотностей (люфтов), выдавливанием смазки
в сочленениях деталей и местной повышенной деформацией в точках локального контак-
та. Основная часть упругой линии клети почти прямолинейна. Бе наклон характеризуется
углом 8. Очевидно, чем больше угол 0, Пи выше жесткость рабочей клети. Тангенс угла В
называют модулем жесткости клети Мк. Нетрудно видеть, что
«к-ше- TF' (зю)
В качестве базы можно принять Д8 - 1 мм. Тогда становится понятной физическая
сущность модуля жесткости клети: это есть усилие, вызывающее увеличение пружины
и« 1мм. Большинство листопрокатных станов имеет модуль жесткости в пределах 4-
10 МН/мм.
В расчетах часто используется величина, обратная модулю жесткости: 1/Мк, Ее вызы-
вают податливостью клети. По своему смыслу податливость клети показывая, насколько
изменяется пру няне при увеличении или уменьшении усилия Р на I МН (или 1 т).
Многочисленные исследования упругих деформаций клетей приводят к выводу, что
основную долю пружины, до 50-70 %, составляет деформация валковой системы: прогиб
и проседание опорных валков, сжатие в контакте рабочих и опорных валков, прогиб ра-
бочих валков*. Доля деформация других деталей и узлов меньше: станин - до 15-18 %;
подшипников - до 15 %; нажимного узла - до 15 %; остальных деталей - до 10-15 %.
Определение пружины клети 0 при заданных условиях прокатки необходимо для
правильной установки валков, выбора величины начального зазора sB. С другой сторо-
ны, если известна пружина, то можно предсказать толщину полосы после прокатки hi
при заданном валковом зазоре. Из формулы (308) имеем
fcj - J0 + в. (310)
Из построения на рю. 196 находим
‘Более подробно составляющие деформация валковой системы рассматриваются в п. 4
1встоящей главы.
461
i it
196. Типичный вид зависимости пружины рабочей клети от силы прокатки
197. Зависимость силы прокики от конечной толщины прокатываемой полосы (кри-
пластической деформация полосы)
гда 51 - приращение валкового зазора при очень малом усилии (сумма зазоров в контак-
тах нагружаемых деталей).
Подставим выражение (311) в (310)
(312)
Если пренебречь величиной или включить ее в з0, то получим
ft> “ ••* 7ГК- ОН)
В литературе формула (313) именуется уравнением Головина-Сима.
Для определения hj по формуле (313) надо еще знать функциональную связь
(314)
Иначе говоря, требуется выполнять совместное решение уравнений (313) и (314). Проще
всего его достигается методом графического построения.
На рис. 197 представлен типичный график зависимости силы прокатки Р от конечной
толщины полосы hi при заданной начальной толщине h0. По существу кривая Р э <р (ht)
выражая зависимость усилия Р от величины абсолютного обжатия при й0 = const; она может
быть получена к> основании расчетов по теоретическим формулам давления или экспери-
ментально. Кривая ма рис. 197 называется кривой пластической деформации полосы. Интен-
сивность ее подъема характеризуется углом р, который в разных точках привой не одина-
ков. Чем больше угол р, тем труднее осуществляется пластическая деформация,
По аналогии с модулем жесткости клети Мк вводится понятие о модуле жесткости по
лосы Мп. Он представляет собой изменение силы прокатки, вызывеада изменением ко-
нечной толщины полосы на 1 мм. В соответствии с формулой (309) напишем
462
Рже. 198. Совмещение упругой линии клети (1) и кривой пластической деформация поло-
сы (2) в одних координатных осях
м" ' "5v <’“>
Формула (315) написана в частных производных петому> что в данном случав подра-
зумевается зависимость силы Р только от величины hi. Вообще же сила прокатки, как
известно, зависит от многих факторов: начальной толщины полосы, радиуса валков, меха-
нических свойств металла, коэффициента трения, натяжения и т.д. Поэтому графики функ-
ции Р = ф (hj строятся для конкретных условий прокатки, т.е. они индивидуальны.
Вернемся к определению ht до формуле (313). Для этого совместим графики функций
б - Ф (Р) и Р = Ф (hi), проведя соответствующие линии в одних координатных осях (рис. 198).
Линия 1 проводится в соответствии с формулой (313) при заданном значении модуля
жесткости клети (угла 0), а линия 2 выражает зависимость усилия прокатки от обжатия
(как было отмечено выше, эта зависимость находится теоретически или экспериментально).
Пересечение линий 1 и 2 в точке а определяет искомую конечную толщину полосы h>.
При этом усилие прокатки будет Pt\ укрупя деформация клети характеризуется вели-
чиной 8.
С помощью построений, аналогичных показанным на рис. 198, удобно анализировать
влияние различных факторов прокатки на конечную толщину полосы с учетом упругой
деформации рабочей клети (рис. 199). Попустим, например, что начальный зазор между
валками был s01 а эием его уменьшили до s о (рис. 199, с). Насколько в результате изме-
нится обжатие? Из графика видно, что конечная толщина полосы уменьшится от hi до
h'i, причем (h, - h’t) < (sa - за), так как увеличивается пружина клене (hi - з'а) > (h, - s0).
Оценим влияние жесткости полосы на величину обжатия при одном и том же валковом
зазоре з0 (рие. 199, В). При прокатке менее жесткой полосы (кривая 2) конечная толщина
будет hj., а при прокатке более жесткой полосы (кривая 2') получим hj. Соответственно
изменится обжатие (h, - h,) > (h0 - h j).
Влияние жесткости рабочей клети на величину обжатия иллюстрирует построение на
рис. 199, в. Клеть 1 имеет более низкий модуль жесткости, чем клеть Г (tgG < tg В'). В свя-
зи с этим при одной и той же установке валков (з0 const) из клети 1 выходит полоса тол-
щиной hn а иа клети 1' - толщиной hj, т.е. значительно более тонкая. Ясно, что соотноше-
ние обжатий будет: (ha - hj) > (ha - h,), Из сказанного вытекает вывод о целесообразности
463
Графический анализ влияния начальной установки валков (а), жесткости поло-
сы (Я и жесткости клети (в) на конечную толщину полосы
применения клетей с высоким модулем жесткости. Подробнее это вопрос рассмятрипаотся
в дальнейшем.
Вышеприведенный анализ различных вариантов прокатки (рж. 199) был сделан в
предположении, что между валками имеется начальный задор з0. Однако при прокатке осо-
бо тонких полое валки часто устанавливают "вазбой*, е некоторым предварительным при-
жаяием. Этот случай прокатки требует отдельного анализа (рис. 200).
Под действием силы предварительного прижатия валков Ро выбирается часть пружины
клети 8 0. Из рис. 200 видно, что в этом случае конечная толщина полосы будет
Л, • в - в0. (316)
Величина полной пружины в определяется по формула (311), а 3, составляет
Подставляя значения 8 и 80 в (316), находим
hr. 201. К анализу процесса прокатки в предварительно прижатых валках
464
hi - -j£-. (310)
Сравнение формул (318) н (312) убедительно подтверждает, что прокатке в предвари-
тельно прижатых валках способствует получению более тонких полос.
2. Математический анализ продольной разного лщинностя полос
Продольная разнотолщияность полос образуется вследствие изменения зазора между
валками по ходу прокатки. Основную роль в этом играют колебания оспы прокатки. Они
аываютея действием многих факторов: исходной разиотолщжявостью заготовок, изме-
нением механических свойств металла по дкаяе полосы, непостоянством коэффициента
трения и натяжений и др.
Будем определять отклонения конечной толщины полот, используя уравнение (313).
Продифференцировав сто, находим
tff Р dMK
м? <31’>
Можво пренебречь изменением модуля жесткости клети в прспееее прокатки, т,е. при-
нять dMR/MK - 0. Тогда получим
d?
Л,-*<> + —. (320)
Зазор между рабочими валками з0 клети кварто составляет
Ла А - Dp-B - - Лщи -
где А - расстояние между осями оперных валков; DPbB и Йрд - диметры верхнего и
нижнего рабочих валков; Яоп,в и Я0П1Н ” радиусы верхнее и нижнего опорных валков.
Полный дифференциал уравнения (321) будет:
- ЧА - dDp.B - <П>рд - <«№.„ - (322)
Величина ЧА зависит от точности установки валков, а также учитывает изменение рас-
1'тояямя между осями спорных валков вследствие нагрева или охлаждения стоед станин.
।'оставляющие dDpJi, dDp<fi, <tRon.B определяются совместным биением шеед
и бочек валков, изменением температуры и выработкой бочед.
Сила прокатки Р является функцией многих параметров;
f • (he, fc*. b, Яр, От,/у, Qa, Qj), (323)
। де he к h, — начальная и конечная толщина полосы; b — ширина полосы; Яр - радиус
рабочих валков; 0т — предел жучили металла в очаге деформации; /у — хдаффицхяп
трения; Со и Q, — сила заднего и переднею натяжения концов полосы.
Полный дифференциал силы прокатки составляет
дР дР дР дР дР др
" х'"'1* «в‘ ~р®’*к""’’
дР дР
1 ~d^d0>+
465
Подставим выражение (ЭЗО) в (33?) и сделаем простые преобразования
дР др дР дР дР
- ж ‘ * « ib * аГр *
дР дР дР
Отсюда находим dhi
1 I дР дР дР дР ,
dhl " дР (M*d,° * dh? dha + db db * dJ?pd*P * doT d0’ *
Мк" dhi
дР дР дР \
+ "77 dh + 7Т d0’ + 77Г d£?1
О/у ‘ Oyo Oyi <
Уравнение (325) - это основное уравнение продольной разиотолщиииости полосы. Коэф-
фициенты у дифференциалов (dP/dh0, и т.д.) по физическому смыслу представляют
собой так называемые передаточные козффиииенщ, характеризующие влияние незави-
симых переменых параметров прокатки на конечную рзэнотолщинностъ полосы. Данные
до передаточным коэффициентам для конкретных станов и условий деформация имеются
в литературе.
Сумма членов в скобках уравнения (325) выражает изменение силы прокики под во»-
действием независимых переменных параметров, кроме конечной толщины полосы1.Сле-
довиельно, основное ураввеяие продольной разноголщинности можно представить в виде
Л>, -»/(«, - <ЗИ)
Выше было показано, что dP/dhg - Мп. Кроме того, заметим, что тангенс угла р
(см. рис. 197) отрицателен, т.е. с учетом знака SJ/dhj - -Мп. Делая иу подстановку,
получим
или в конечных разностях
Найдем один на наиболее важных передаточных коэффициентов, а именно коэффи-
циент, определяющий связь между перемещением валков ds0 и изменением конечно»
толщины полосы dhi. Обозначим его Kg. Принимая в основном уравнении (325) все сла-
гаемые в скобках равными нулю, кроме первого, получим
дР др дР
“п™ м- ‘ ~ К
466
Отсюда находим
Передаточный коэффициент К3 всегда больше 1. Это означает, что при перемещения
валков изменение конечной толщины полосы всегда меньше, чем изменение свободного
зазоре з0. Только в пределе для абсолютно жесткой клети (при Мк = ”) имеем Ks -t.
Из формулы (330) видно, что величина коэффициента К, зависит от соотношения Мп/Мк.
Модуль жесткости полосы Мп возрастает с уменьшением толщины прокатываемых полос
(за исключением области прокатки особо толстых полос). Соответственно должен изме-
няться коэффициент Ks, Это подтверждается данными И.М. Мееровича и В.С. Горелика,
полученными для непрерывного стана 2000 горячей прокатки (рис. 201). Как видим, коэф-
фициент Ks резко повышается при толщина полос менее 8-10 мм. Это особенно заметно при
относительной малой величине модуля жесткости клети Мк (кривая 1).
Следует подчеркнуть, что повышение коэффициента Ks в большинстве случаев отри-
цательно влияет на возможность регулирования продольной разиотолщииноети полос,
так как вызывает необходимость значительного перемещения нажимных виятов для
воздействия на обжатие в должной стетени.
Для выбора еистас автоматического регулирования продольной разиотолщииноети
важное значение, помимо коэффициента Ks, имеет также определение коэффициента еы-
рсвнивсяил Кв, который позволяет сопоставить относительную р&зяотолщияностъ полосы
до и после прокатки
Aho/йо
hr. 201. Зависимость передаточного коэффициента К3 от толщины прокатываемых полос
и модуля жесткости клети:
I - Мк = 2 МН/мм; 2-Мг"4МН/мм; 3-Мк"6МН/мм: 4-Мк = 8 МН/мм
hr. 262. К определению коэффициента выравнивания Кв:
упругая линии клети; 2 и 3 - кривые пластической деформации полосы при началь-
ной толщина соответственно h0 и ho<-Ah0
467
гда Aho « Ahi - еоответявеняо абсолютная разнотолщиниость полосы до и после пропуска.
Выведем формулу для определения коэффициента Кв (по ИМ Мовровичу и В.С. Го-
релику). Будем использовать построение на рис. 202. Имеем: АС - АО + DC; АЛ - Ah,.
Примем, что кривая пластической деформации ка отрезке ВС является прямой. Тогда из
ABCD находим
ВО ВП
tgp = Мп '
DC -
Из ЛАЛО
ВО ADtgO - AhiMK.
Следовательно, получаем
Представим отрезок АС в вида некоторой части разности Ah0
АС = УДЙО, (333)
где ч — безразмерный коэффициент, характеризующий изменение Aho при движения по
кривой пластической деформации.
Приравняем выражения (333) и (323)
I мк\
уДЯо - Ah, 1 + — . (334)
' Мк I
Разделив левую и правую части равенства (334) на h0 h, я сделав ряд преобразований,
окончательно получим
где 8 • A h/ho - относительное обжатие в долях единицы.
По имеющимся данным коэффициент ч в большинстве случаев находится в пределах
1,0—0,6i он уменьшается с увеличением обжатия. В приближенных расчетах можно при-
нимая. V 0,95 при 8 - 0,1 и V = 0,6 + 0,8 при 8 = 0,4.
Для обеспечения минимальной продольной разнотолщинности полос коэффициент
выравнивания Кв maxes быть как можно выше. По крайней мере, надо стремиться к
выполнению условия Кв > 1. При этом клеть будет выравнивать полосу без внешнее
воздействия черы нажимные винты или изменение натяжения.
При прокатке в нескольких клетях (проходах) полный коэффициент выравнивания
равен произведению коэффициентов выравнивания по всем клетям (проходам) при ус-
ловии, что жесткость клетей одинакова.
3. Регулирование продольной разнотолщинности полос
Причиной образования разнотолщинности проката является непостоянство условий
деформации. Поэтому для получения продукции с минимальной разнотолщинноетыо
прежде всего должны быть использованы все меры, направленные на стабилизацию усло-
вий прокатки. Большое значение имея выполнение следующих требований: минимальная
468
исходная разнотолщинность заготовки (подката), минимальный температурный перепад
по длине полосы при горячей прокатке, постоянство коэффициента трения я натяже-
ний и др. При изготовлении и подготовке валков к прокатке необходимо добиваться ми-
нимального их биения при вращении в подшипниках рабочей клети.
0га отмеченные факторы отражены в основном уравнения продольной рвзнотопщив-
пости (325) в вида дифференциалов dho, dat и др. Эти дифференциалы должны быть
минимальны.
Однако ка практике достичь полного постоянства условий прокатки невозможно.
Очень часто имеется некоторая разнотолщияность подката, при горячей прокатке практи-
чески всегда наблюдается неравномерность распределения тасирагуры по длине поло-
сы и т.д. В некоторых случаях нарушения стабильности процесса прокатки вообще явля-
ются органическим элементом принятой технологии производства. Например, как уже
отмечалось, при холодной прокатке полос в рулонах на веярпяавных и реверсивных ста-
вах обязательно требуется снижение скорости прокатки в период заправки переднего
конца к,выдачи заднего конца полосы, а также при прохождении сварных швов. Измене-
ние скорости проквеки влияет на коэффициент трения в очаге деформации и режим натяже-
ний. При наличия технологической смазки с уменьшением скорости прокатки коэффици-
ент трения возрастав, в результате чего увеличивается давление из валки, а следователь-
но, я толщина выходящей полосы*.
Для уменьшения продольной разиотолщинности полос применяются различные методы.
Их можно подразделить на две основные группы: пассивные или активные. К числу пас-
сивных относятся метопы, основанные ка повышения жесткости рабочих клетей. Ко вто-
рой группе относятся методы активного воздействия не межвалковый зазор в процессе
прокатки посредством перемещения нажимных винтов или изменения нюяжения полосы.
Часто пассивные и активные методы применяются совместно.
Увеличение жесткости рабочих клетей достигается двумя путями:
1. Повышение жесткости основных деталей и узлов рабочих клетей, умеяьшепиаг лис-
ка сочленений.
2. Предварительным напряжением клетей.
Конечно, повышению жесткости клетей способствуя увеличение размеров ряда основ-
ных деталей? сечений стоек станин, диаметров спорных и рабочих валков, диаметра шеек
спорных валков. Последнее становится возможным при замене подшипников качения
подшипниками жидкостного трения.
Однако надо учитывать,, что повышение жесткости рабочих клетей путем увеличения
жесткости их отдельных элементов обычно приводит к значительному росту массы и
габаритов клетей. Отсюда возникают определенные ограничения: клети становятся очень
металлоемкими, затрудняется их техническое обслуживание. Более прогрессивным сле-
дуя признать второй путь повышения жесткости - создание предварительно напряженных
клетей. При этом масса клетей не только из увеличивается, но даже может быть снижена.
Предварительно напряженные клети отличаются от обычных клетей тем, что перед
прокаткой стойки станин, нажимные винты, подушки подшипников и другие детали
загружаются раешфающай силой, превосходящей усилие прокатки или составляющей зна-
чительную его честь. Распирающая сила создается с помощью клиновых устройств или
1лродомкриов, устанавливаемых между подушками опорных валков. Примером может
с лужить клеть конструкции ВНИИметмаша (рис. 200). В гидроцилиндры 1 по магистрали 2
икосом подается масло под высоким давлением (примерно до 30 МПа). Между подушками
торных валков J возникают распирающее усилия Рр. Во время прокатки объем масла в
‘‘Изменение скорости прокатки имев и другие последствия. Например, в подшипниках
жидкостного трения при уменьшении скорости вращения сокращайся толщина раздели-
гепьиой (несущей) смазочной пленки, что вызывая дополнительное раздвижение валков.
469
гидроцилилдрах замыкается. Эффект действия системы предварительного нагружения кле-
ти проявляется в следующем. Если усилие прокатки Р по какой-либо причине возрастая
(допустим, из-за входа в валки утолщенной части полосы), то сила распора Рр уменьшается.
В результате изменение пружины клети и межвалкового зазора получается относительно
небольшим. Применение рассмотренной системы предварительного нагружения позволяет
повысить жесткость клети примерно из 30 % без увеличения ее массы.
Следует отметить, что распирающая сила, создаваемая между подушками опорных
валков, на упругую деформацию валкового узла почти на влияет, т.е. последняя сохра-
няется.
Модель жесткости предварительно напряженной клети МК1П,Н определяется по
формула
= ЗГ + (334)
мк.п.н къ мк + мр
где Мв, Мр и Mr “ соответственно модули жесткости валкового узла, распирающих эле-
ментов и всей клети за вычетом деформации валковой системы.
Важно иметь в виду, что повышение жесткости рабочих клетей целесообразно на всегда.
В некоторых случаях это приводит из к уменьшению, а к увеличению продольной разно-
толщинноети полос. Углубим представления по этому вопросу.
Допустим, прокатка велась в клети, коэффициент выравнивания которой был JCB;
затем модуль жесткости клети увеличили в т раз и коэффициент выравнивания стал
Определим эффективность этой операция, сопоставив значения коэффициентов КВт и JCB.
В соответствии с формулой (333) имеем
I Мкт1-е
КВп1 у* Мп / У~ мп + ^кт Mn + MK+MK(m- 1)
' I Ик> 1-е ' мп‘И« '
V * мп I ’
Мк(т-1) т-1
«к
гда 5 - коэффициент, характеризующий изменение коэффициента выравнивания при уве-
личении з :есткояи клети в m раз.
Графический анализ выражения (337) приведен на рис. 204. Из графика видно, что по-
вышение жесткости клетей существенно влияет на их выравнивающую способность только
при малых значениях отношения Мп1М^_, т.е. при прокатке относительно мягких полос.
Это соответствует условиям горячей прокатки и холодной прокатки в первых пропусках,
пока металл еще из получил значительного наклепа. При больших значениях Ма1Мк
(примерно Мп/Мк > 10) повышение жесткости клетей слабо влияет м их выравнивающую
способность (изменение коэффицеита £ составляет макав 10 %, ем. рис. 504).
В некоторых случаях, как отмечалось, повышение модуля жесткости клетей Мк ка
только малоэффективно, но даже способствует увеличению продольной разнотолщиняости
полос. Это наблюдается тогда, когда в формировании разнотолщинностх большую роль
играет биение валков. Практически величина биения валков составляет около 0,1мм.
При прокатке с очень малыми абсолютными обжатиями, например при дрессировке или
прокатке фольги, биение валков становится одним из основных источников образования
продольной разиотолщинноети. В этих случаях целесообразно применение нехестед
клетей.
470
гж. М3, Схема предварительно напряженной клети с гидравлическими домкратами:
/ - гидроцилиядры; 2 - магистраль подачи масла; 3 - подушки опорных валков
hte.2M. Влияние изменения жесткости клетей на их выравнивающую способность при
различных соотношениях модулей Мп и мк:
' ~ Мп/Мк -1; 2 - Мп/Мк - 5s 3 - М„/Мк = 10; 4 - Мп/Мк » М
Обратимся к формуле (329), которая отражает влияние биения валков на формирование
продольной разиотолщинности. Преобразуем ее так
Из формулы (330) видно, что с понижением модуля колебания конечной толщины
полосы dh,, вызванные биением валков, уменьшаются,
Таким образом, обобщая сказанное, следует сделать вывод, что жесткость рабочих кле-
тей должка быгь рациональной, а из просто как можно более высокой.
Следует отметить также, что степень использования выравнивающей способности кле-
тей зависит от принятого режима обжатий. Как правило, с уменьшением обжатия козффи-
циеят выравнивания Кв растет, так как увеличивается множитель (1 - в)/у в форму-
ле (335). Именно с учетом этого обстоятельства обычно уменьшают величину обжатий в
последних проходах или даже вводят специальные прогладочные проходы. При холодной
прокатке на непрерывных станах часто применяются относительно небольшие обжатия в
первой клети (рис. 183, б). За счет этого достигается высокое значение коэффициента вырав-
нивания в этой клети, т.е. сразу значительно уменьшается разяотолщинность горячеката-
ного подката.
Лктиеяые методы воздействия м продольную рмноталщинность полос заключаются
применении систем автоматического регулирования толщины (САРТ). Эффективность
использования САРТ в значительной степени зависит от конструкции нажимных устройств
станов, В настоящее время на листовых станах находят применение нажимные устройст-
ва различных типов: электромеханические, гидромеханические и комбинированные*.
*На мелких ленточных станах применяются механические нажимные устройства с руч-
ным приводом. Очевидно, использование САРТ на таких станах исключено.
471
Рж. Ж. Схема клети с гидромеханическим нажимным устройством и системой автомати-
ческого регулирования толщины полосы:
1 — нажимной винт; 2 - гидроцшппадры с плунжерами; 3 - меспоза; 4 — толщиномер;
5 -управляющее устройство; 6 -регулятор давления жидкости; 7-насос
Раулнрование зазора между валками ведется по сигналу, поступающему от датчика тол-
щины (микрометра) или от датчика давления (меедозы).
Обычные электромеханические важимные устройства наименее приспособлены для
мобильного регулирования толщины полосы. Они имеют такие недостатки, как малая
скорость осевого перемещения пиитов, большая инерционность, низкий коэффициент
полезного действия, значительный износ в паре винт—гайка. Работе САРТ при наличии
такого нажимного устройства является затрудненной и малоэффективной. Вее остальные
указанные типы нажимных устройств с гидравлическими элементами отличаются высо-
ким быстродействием и в основном отвечают требованиям САРТ.
На рис. 205 приведена схема клети, оснащенной комбинированной системой САРТ.
Предварительная установка валков (грубая настройка) осуществляется обычным электро-
механическим нажимным устройством, т.е. посредством вращения нажимных винтов Л
Тонкая настройка валков и регулирование толщины полосы в процессе прокатки ведутся
С помощью гидравлической системы, основным рабочем органам которой являются гидро-
цилиндры с плунжерами 2, распирающими подушки опорных валков. Подача жидкости
(масла) высокого давления в гидросистему осуществляется насосом 7. Датчиками для САРТ
служи меедозы 5, установленные под нажимными винтами, и толщиномер 4. Показания
этих приборов передаются в управляющее (запоминающее) устройство S, на которого посту-
пает сигнал в регулятор давления жидкости 6, Описанная схема регулирования толщины
полосы достаточно проста, почти безынерционна и получила распространение на практике.
Во многих САРТ для тонкого регулирования толщины полосы используется зависимость
усилия прокатки от натяжения. Управление величиной натяжения достигается посредством
изменения чисел оборотов валков по клетям.
472
4. Упругие деформации валкового узла
Наряду с продольной разнотолщиш остью важнейшим показателем точности размеров
«истовой продукции является поперечная рмяоголщинност» листов и полос. Основные
яиды поперечной рззяоголщяяяоети показаны из рис. Ж На практике чаща всего встре-
чается слегка выпуклая, чечевицеобразная форма поперечного сечения листов и по-
лос (рис. 206, с). Гораздо реже имеет место вогнутая форма поперечного сечения (рис. 206, В).
Наиболее простой является клиновидная форма сечения (рис. 206, е), которая достаточно
легко исправляется перемещением одного из нажимных винтов. Встречаются к другие
виды поперечной разноголщинности - несимметричные, с местными утолщениями или
•падинами.
Величина поперечной разноголщинности Ah™ обычно определяются в вида разности
толщин полосы посредине сечепия я по кромкам (рис. 206, в)
Ah?1 = hf - fcf. (333)
Если толщина полосы до кромкам (левой и правой) не одинакова, то берется среднее
течение hf. Величина Ah™ может быть положительной (рис.206, а) в отрицательной
(рис. 206,6).
Форма поперечного сечепия прокатываемой полосы полностью зависит от формы вал-
кового зазора в процессе прокатки.
На форму валкового зазора влияют следующие факторы: упругая деформация валков
под действием усилия прокатки; неравномерное тепловое расширение валков (образова-
ние тепловой выпуклости); неравномерный износ вдоль бочки валков; исходная (станочная)
профилировка валков.
В настоящем параграфе рассматриваются только упругие деформации валковой системы.
Это наиболее сложный вопрос регулирования поперечного профиля прокатываемых полос.
Остальные факторы, влияющие на форму валкового зазора, и выбор негодной профили-
ровки валков рассматриваются в следующая параграфе.
В основу анализа положим схему валкового узла клетей кварк, как самых распростра-
ненных в листопрокатном производстве.
Под действием усилия прокатки провсходят прогиб опорных валков, совместное сжа-
тие (сплющивание) рабочих к опорных валков в зове их контакта, прогиб рабочих валков,
473
Рж. 207, Схеме упругих деформаций валкового узла клети кварто (размеры а и Хв отно-
сятся к недеформировишым валкам)
сплющивание рабочих валков в зоне контакта с полосой. Рассмотрим каждую из составляю-
щих упругой деформации валкового узла более детально (рис. 207).
Прогиб опорного валка определяют относительно осей опор урп и относительно края
бочки валков Разность ygn - у£п - Дуоп называется проседанием опорного валка.
Величина Дуоп ка форму валкового зазора на влияет, она входит одной ка составляющих
в общую пружину прокатной клети.
Сплющивание рабочих и опорных валкое в эоне их контакта дополнительно иллюстри-
руется схемой на рис. 208. Сближение валков в результате сплющивания характеризуется
величиной сор. Если погонное давление q - P/Lg распределяется вдоль бочки валков
равномерно, то сплющивание валков во всех поперечных сечениях будет одинаковым,
т.е. с£р = с^р (рис. 207). Такая равномерная деформации сжатия отражается только ка ве
личине пружины прокатной клети. Однако на практике в большинстве случаев распреде-
ление погонного давления вдоль бочки валков является неравномерным, и это влили
ха прогиб рабочих валков.
Вид эпюры межвалковых давлений завили от соотношения диаметров валков Dp/Don и
ширины прокатываемых полос. Форма эпюры может быть выпуклой, т.е. с максимумом
давления посередине бочки, и вогнутой. Эго ясно показывает график на рис. 209, построен-
ный для клети кварто 1200 (по данным В.П. Полухина и др.). Кривая ка графика отвечает
такому сочетанию параметров Dp IDm и b/Ifii при котором распределение межвалкового
давления получается равномерным. В области А эпюра погонных давлений имеет выпуклый
вид, а в области Б - вогнутый.
Разность ДСцр - с®р - с£р (рие. 207) можно назвать стрелой межвалкового сплющива-
ния. На практике чаще встречаются случал, когда погонное давление посередине бочки
выше, чем по краям; тогда с£р > с^ и величина Де^ положительна. Однако, как видно
из рис. 209, возможны и такие условия прокатки, при которых величина Дс0- будет от-
рицательной.
Прогиб рабочего валка зависит от прогиба опорного валка и стрелы межвалкового сплю-
щивания. Если принять, что оба валка - рабочий и опорный - имеют цилиндрическую
форму, то прогиб рабочего валка относительно края бочки будя;
474
Fe.208. Схема сжатия (сплющивания) опорного и рабочего валков в зоне их контакта
Рже, Ж Изменеяна вида эпюры межвалковых давлений в зависимости от факторов
Лр/Лоп и на стам кварто 1200:
А - область с максимальным давлением посередине бочки валков; Б - область с макси-
мальным давлением по краям бочки
р ' оп ор
Различают также прогиб рабочего валка относительно края полосы (на рис, 207 на
показан).
Сплющивание рабочего валка (продольное) в зоне контакта е полосой характеризуется
величинами с£п и с*п, Как правило, сплющивание валка по краям полосы с*п больше,
чем посередине бочки с£п; следовательно, разность Дсрп = с£п - е*п имеет отрицатель-
ный знак. Величина е£п входит в пружину прокатной клети.
Сложение всех рассмотренных упругих деформаций приводит к образованию опреде-
ленного профиля рабочего валка в эоне его контакта с полосой. Линия, характеризующая
профиль валка ка участке его соприкосновения с полосой во время прокатки, называется
активной образующей рабочего валка (в отличие от образующей рабочего валка в ненагру-
жениом состоянии). На рис. 207 активная образующая рабочего валка представлена ли-
нией ЛО,
При анализе поперечной развотолщинности полос, обусловленной упругой деформацией
валковой системы, применяется подход, аналогичный анализу продольной разнотолщин-
«ости. На основе формулы (313) можно нападать
(341)
(342)
475
Рж.210. Совместное графическое решение уравнений поперечной разнотолщинностя,
упругой пинии клети и кривей плсеиикжой деформации
где s' и J? — соответственно первоначальный зазор между рабочими валками посередине
и у кромок полосы; М£ и М* - соответственно модуль жесткости клети посередине и у
кромки полосы.
Поперечная р&зяотолщияиостъ составляет
Введем обозначение
1 1 1
и' м«' м„’ (ЗИ)
Тогда на (349) получим
ЛЬ™ = As0 + -ст—, (345)
мпп
Формулу (345) называют основным уравнением поперечной разнотолщинности. Разность
Л s0, входящая в его уравнение, может быть положительной или отрицательной, а также
равной нулю. Это зависит от начальной формы рабочих валков. Для выпуклых валков
величина Аз0 отрицательна, для вогнутых - положительна. Если рабочие валки имеют
цилиндрическую форму, то As0 • 0.
Вновь введенный модуль Мт по существу является модулем поперечной разнопл-
шинноаи. Он показывает, насколько увеличивается (или уменьшается) поперечная разно-
толщхнность полосы при изменении усилия прокатки. Величину модуля можно опре-
делить экспериментально, если прокатывать полосы с разными обжатиями и при этом из-
мерять усилие прокатки Р и поперечную р&зяотолщияиостъ Ah™ (начальная профилировка
валков должна быть известной).
На рис. 210 показано совместное графическое решение уравжяий поперечной разнотол-
щинности, упругой линии клети и кривой пластической деформации. Из приведенного
построения следует, что при заданном обжатии \ - h, усилие прокатки будет Р, а попереч-
ная разноголщиянояь полосы составит Ah™ На рис. 210 принято, что рабочие валки
имеют начальную выпуклость Аз0.
476
В процессе прокатки силе Р подвержена колебаниям. Величин» Дз0 также может язме-
мяться, например, из-за неравномерного теплового расширения валков или применении
противоиагиба. Проанализируем влияние этих переменных факторов па поперечную
рп.щотолщювяоеть, написав уравнения (349) в дифференциальном виде
КЛ»?1)-«(*«,)« (Ж)
Для оценки эффективности регулирования профиля валков в отношении воздействия
и поперечную рвьнотшпдниность треСуетея определить передаточный коэффициент
Используя формулу (346), находим
। dP i dP dht 1
" 1 “ “мй ‘ " 1 ’ dht ‘ d(Ah™) ’ Mm '
Учтем, что dP/dh i -Мк (см. с. ОМ); тог до получим
”п dh-
Мт ' d(Ah™)’
(Ив)
Член dhi/dfAh?*") выражает связь между изменением поперечной разнотолпщяности
а изменение! самой толщины полосы. Если при регулирования профиля полосы умень-
шение разноголшинноетн сопровождается уменьшением толтшгны полосы, т.е. дифферен-
циалы dh> и d (A/ij ) одного знака, то производная dhj/d (Ah™) положительна. Такой слу-
чай имеет место, например, при уменьшении поперечной разяотолщилиояя за счет увели-
чения выпуклости валков и обжатия посередине полосы. Если же снижение- развотолщин-
яостн сопровождается ростом толщины полосы (например, в связи с уменьшением обжатия
по кромкам), то указанная производная отрицательна. Таким образом, переводной коэф-
фициент К^1, вычисляемый по формуй» (348), может быть больше или меньше единицы.
Для оценки жесткости валковой системы также представляет интерес коэффициент
।1 гравнивання к ™, который показывает изменение конечной поперечной разнотолщин-
постя полосы Ah™ в зависимости от изменения исходной поперечной рвзнотолщин-
костиподката Ah™
m d(Ah™)
К* " dfAhH’
Если К™ > I, то прокатная клеть уменьшает поперечную разиотолщинвость; при уело-
аии К™ < 1 увеличивает ее. В случае, когда К™ - 1, величина поперечной разиотолщин-
иости остается неизменной.
S. профилировка валков
Для получения листов одинаковой толщины по всему ггоперечлому сечению образую-
щие рабочих валков в очаге деформация должны быть параллельны. Исходная профили-
ровка бочки валков как раз и предусматривает выполнение этого требования в рациональ-
ной мере. Профилировка должна учитывать влияние на форму прокатной щели вышеупо-
мянутых факторов; упругой деформация валков, образования тепловой выпуклости,
477
Рж. 211. К расчету профилировки валков клетей дуо (а) и кварто (б)
неравномерного распределения износ* по длине Бочки. Выбор рациональной профилиров-
ки валков в огромной степени влияет из ход процессе прокатки и качество продукции.
Рассмотрим сначала Более простой случай: профилировку валкое клетей дуо.
В первом приближении можно считать, что профилировка должна компенсировать
только упругий прогиб валков. Тогда в качестве условия образования идеальной прокат'
ной щели, обеспечивающей полное отсутствие поперечной разноголщинности полосы
(рис. 211, в), надо принять равенство
AD/2 - у1. (350)
где ДО/2 - выпуклость валка иа радиус (ДО = De - DK); у^ - стрела прогиба валка от-
носительно края бочки.
Рабочая выпуклость валка состоит из двух частей: исходной (определяемой) и тепловой
до = ADHCX * длт- (351)
Из формул (330) и (351) находим
д°исх 2/ ’ дот- (332)
Стрелу прогиба валка у можно рассчитать по формуле АЛ, Целикова
у / 12aZ|—8Zg + &3 Zg-0,5»\
У = пл2\ 6EDa * С Ь
где Е и G - модуля упругости и сдвига для материала валка.
Тепловая выпуклость валка АОТ определяется по формуле
ДО, - - t’), (334)
г да - коэффициент линейного расширения (для стали ttf = 13-10"61/°С; для чугуна
at = И Ю"в 1/”C); kf - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения тем-
пературы по сечении бочки валка (kt - 0,7 + 0,9); t’ и - соответственно температура
поверхности валка посередине и у края бочки, °C.
Температурный перепад вдоль бочки валка (t“ — t£) принимается по эксперименталь-
ным данным. Рассмотренный подход к определению профилировки валков, как было
отмечено выше, является приближенным. Для более точного решения этой задачи необ-
ходимо использован, в качестве исходного следующее уравнение:
478
где Дсйп * стреле неравномерного сплющивания валка на участке контакта с полосой;
и - допустимая рациональная поперечная разноголщиняость полосы; Ai - стреле неравно-
мерного износа валков *• протяжении бочки (на диаметр); ki — коэффициент, переводя-
щкй величины, относящиеся к ширине полосы, из всю длину бочки валков.
Если принять, что сплющивание валка и профиль полосы изменяются на участке про-
катки по параболическому закону, то
*£ (L6W. (356)
С учетом тепловой выпуклости валков из формулы (355) находим:
ADHCX-2y£-ADT- kI(w-2AcBn) +At. (357)
Неравномерность сплющивания валка в зоне контакта с металлом, выражаемая вели-
чиной Дсвп, относительно мала и трудно поддается теоретическому расчету. В частности,
для ее нахождения необходимо знать распределение давления по ширине полосы. Поэтому
при расчете профилировки валков стрелой сплющивания Асйп обычно пренебрегают.
Важное аиачение имеет правильное определение допустимой рациональной поперечной
раднотолщияности (выпуклости) прокатываемых полос w, С точки зрения потребителя
желательно, чтобы поперечная разнотолщинность была нулевой (ы 0). Однако при про-
катке полос такого идеального профиля они легко сметаются вдоль бочки валков (ме-
талл ’гонит на станину"). Чтобы процесс прокатки был более устойчив, полоса должна
иметь хотя Вы небольшую чечевипеобраэность в сечении. Кроме того, имеется и другое
существенное обстоятельство. Для получения достаточно ровных полос, Вез волнистости
и коробоватости, коэффициент вытяжки во всех продольных сечениях должен быть оди-
наков. Вместе с «ы, исходный подкат практически всегда является разнотолщинным,
как правило - выпуклым. При условии равномерного распределения вытяжек по шири-
на полосы должно выполняться равенство
йИ - й?/й£ (333)
Если из обеих частей равенства (356) вычесть единицу и принять обозначения й$ - fif -
Ай™ я й® — hf Ай™ ш, то получим
м - Ай™/Х, (359)
По формуле (359) можно рассчитать величину w в любом проходе (клетк). Разумеется,
конечное значение w должно находится в пределах допуска на поперечную разнотол-
шипя ость.
Износ валков в вида члена At в формуле (357) для клетей дуо обычно м учитывается*.
Ito мере выработки валков и увеличения поперечной разноголпщнности полое произво-
дится замена валков.
Перейдем к определению профилировки валков клетей кварто. Рассмотрим систему
двух валков - рабочего и опорного (рис. 211, б). Выпуклость рабочего валка поляна
удовлетворять условию
Аб>р г *
— -х}’ Ч <3W>
‘Также и для рабочих валков клетей кварто.
479
С учетом выпуклости рабочего и опорного валков имеем
, Z L . . ДДоп
у р 3 у оп * Асор 2 ” 2 • С361)
Опорные валки в большинстве случаев устанавливают а клеть цилиндрическими. Вы-
пуклость на этих валках образуется в результате неравномерного разогрева по длине боч-
ки. Из тепловой выпуклости надо вычесть стрелу изиоеа опорных валков (по диаметру)
Д£Оп ДОоп.т _ А‘оп-
Для рабочих валков по аналогии с (351) напишем
ДОр ДОрлсх * Д°р.г С3®)
С помощью формул (361) - (362) на уравнения (360) находим
“мо. - М <ло„., - Л1„) - tt(M» - л<„). ОП
Уравнение (364) является базовым при расчете профилировки валков клетей кварто.
Остановимся на определения составляющих этого уравнения. Стрела прогиба опорного
валка относительно края бочки может быть рассчитана по формуле (333) при условии
Ь=Zg. Если опорные валки имеют по краям бочки скосы длиной 1^, то следует принимать
Ь-1б-21(К-
Тепловая выпуклость рабочих и опорных валков АОр.т и Д^олл определяется по
формуле (334) на основании экспериментальных данных по распределению температуры
вдоль бочек валков. Характерные значения разности температур посередине и у края боч
ки составляют. ‘С:
Рабочие валки станов горячей прокатки...................... 10-50
То же, холодной прокатки.................................... 5—10
Опорныевалкивсех станов.................................... 2—10
Стрела изиоеа опорных валков Д также принимается по экспериментальным данным.
Например, в чистовых клетях непрерывных ширскошлосяых станов горячей прокатки
величина выработки опорных валков перед их заменой достигает 0,6—1,0 мм (на диаметр).
Наиболее трудноопределимой величиной при расчете профилировки валков является
стрела неравномерного сплющивания между опорными и рабочими валками Дсор. Имеется
ряд теоретических методик определения этой величины, но все они сложны и па в полной
мере учитывают реальные профили валков в процессе прокатки. Отноеителыш простая
формуле для расчяа собственного прогиба рабочего валка, тождественного величине Лсор,
предложена Л.И. Боровиком
г(1-Е)ь Г ьа _3*3t-y 11
Ле«Р ’ 2nD>£ I 3ED’ ’ I» * gJ'
где t = blLfr, Zg - длине участка Бочки опорного валка, на котором происходит контакт с
рабочим валком.
Из формулы (365) видно, что при равенстве длины активного участка бочки опорного
валка Zg и ширины прокатываемой полосы Ъ собственный прогиб рабочего валка равен
нулю (Z’g = b; “ 1; Двор б). В случае Ь > Z’g величина Де^ становится отрицательной,
т.е. она вычитается па прогиба опорного валка.
Широкие экспериментальные и теоретические исследования совместной упругой де-
формации опорных в рабочих валков выполнены ВЛ. Полухиным с сотрудниками. Резуль-
таты этих исследований освещены в специальной литературе.
480
Спмлцшмяие рабочих валков в зоне контакта е металлом при расчете профилировки
панков обычно па учитывается, т.е. принимается Асрц - 0.
Выше было уделено внимание выбору величины рациональной, технологически нвоб-
тодямой поперечной разнотолпдашости полос W. Накопленный производственный опыт
позволяет сделать конкретные рекомевдилжи по этому вопросу. Так, на практике установ-
лено, что при прокатке листов на томтопхстоаых станах для обеепечгеия устойчивого
положедия раската в валках поперечная разного лщиавость (чеяевппеобразность) должна
составлять 0,1-0,3 мм. На непрерывных широилюпосяых станах горячей прокатки т
«личина составляет 0,02-0,08 мм (в зависимости от ширины толщины прокатываемых
полос). Во многих случаях при выборе величины w следует учитывать разнотопщияность
подката, используя формулу (359),
НесСаидимая суммарная исходная выпуклость валков, определяемая расчетом или по
практическим данным, может быть по-разному распределена между валками. В настоящее
время большое распроораиаяе получил метод профилировки, при котором вся веобходи-
мая выпуклость выполняется на одном верхнем рабочая валке, а остальные валки (нижний
рабочий н опорные) готовятся цилиндрическими.
Кроме определения величины выпуклости (или вогнутости), в задачу профилировки
полит выбор рациональной формы бочки валков. При одной и той же выпуклости форма
образующей валка может быть различной. Чаще всего профиль бочки выполняется по
«адрятячной параболе. Однако применяются и другие виды профилировки (см., напри-
мер, рис. 151, г). Наиболее подходящая форма бочки валков выбирается по результатам
прокатки. Как правило, при зтом учитывается фактическое распределение изиоеа вдоль
бочки и устойчивость положения раската в валках.
6. Регулирование фораты валкового зазора
в процессе прокатки
условиях производим часто приходится в одних и тех же валках вести прокатку
листов ми полос разных размеров, применяя разные режимы обжатий. Креме того, мно-
гие параметры прокатки в той или ивой мере нестабильна: толщина я рмнотолщхявость
подкате, усилие деформация, тепловое состояние валков и др. Исходная (станочная) про-
филировка валков, рассчитанная для каких-то одних параметрон деформации, на может
быть вполне удовлетворительной при их изменения. В связи с этим ясно, насколько ак-
туальна и важна задача по разработке методов влияния ла профиль валковой щели и»
посредственно в процессе прокатки.
На практике широко щимияися способ тепловой регулировки профиля валков. С
этой целью попала воды или эмульсии не валки осуществляется еекциенто (рис. 212).
Пели, допустим, то ходу прокатки необходимо увеличить выпуклость валков, то подача
оды дере сдещию I сокращается, а через акции П! - увеличивается. Иногда регулировка
рофвля валков ведется посредством дополнительного нагрева, для чего вдоль бочки
г алкав размещаются газовые горелки ми ыиктричеосие нагреватели. Пршмущеетвсм
левей регулировки профиля валков является простота осуществления способа, ивдое-
пггком - значительная юврциопвость воздействия.
большую роль в развития листопрокатного производства сыграло освоение метола
прииудшелшоео изгибе волков, осуществляемого с помощью гидромеханических уст-
ройств. Этот метол отличается высоким быстр одейявяж я удобством автометичеекосо
улирования. Разработаны и применяются тря схемы принудительного изгиба валков
г летей кварто (рис. 213):
1. Распирающая усилие прикладывается между шейками рабочих валков (exact проги-
знгиба рабочих валков, рис. 213, а).
2. Распирающее усилие прикладывается между шейками опорного и рабочего валков
(схема дошмшвтельяого изгиба рабочих валков, рис. 213, б).
481
1И
Рк. 212. Схема дифференцированного охлаждения валков:
1 - еопла (спрейеры) для подачи воды или эмульсии из колластора, разделенного на сек-
ции I, II, П1
Рж. 213. Схемы принудительного изгиба валков клетей кварто:
а — пр отиво изгиб рабочих валков; б - дополнительный изгиб рабочих валков; в - проги-
воизгиб опорных валков
3. Усилие противоизгиба прикладывается к удлиненным шейкам опорных валков
(рис. 213, е).
Наиболее просты в реализации и достаточно эффективны первая и вторая схемы прину-
дительного регулирования профиля валков. Однако следует иметь в виду, что при при-
менении первой схемы появляется дополнительная нагрузка на подшипники опорных
валков, а также несколько удлиняется перевалка, так как каждый раз требуется отсоеди-
нение гидроцилиндрсв, расположенных в подушках рабочих валков, от системы подачи
жидкости высокого давления. При использовании второй схемы принудительного изгиба
гидросистема должна действовать таким образом, чтобы усилие распора между шейками
опорных и рабочих валков возникало только во вреде нахождения полосы в валках.
На рие.214 показала практическая конструкция подшипникового узла стане кварто,
предусматривающая принудительный изгиб валков как по первой, так и по второй схемам
(разработка Уралмаша). Для противоизгиба рабочих валков в подушках нижнего рабочего
валка 1 помещены гидроцилипдры с плунжерами 2. Дополнительный изгиб рабочих вал-
ков достигается с помощью гидродомкратов 3, установленных в подушках опорных вал-
ков 4. Давление жидкости в системе составляет 25-32 МПа. Полное усилие противоизгиба
ограничивается работоспособностью подагиппиков рабочих валков, которые на рассчиты-
ваются на Большую радиальную нагрузку. Усилие 2 Q (на обе шейки) обычно не превы-
шает 10-20 % ат усилия прокатки Р.
Применение противоизгиба опорных валков (третья схема) является более сложным
мероприятием, требующим значительных изменений в конструкции рабочих клетей. В
этом случае опорные валки должны иметь удлиненные шейки. В связи с большим момен-
том инерции бочек опорных валков усилие противоизгиба Q допхяв быть соответственно
большим. Подшипники опорных валков воспринимают нагрузку (Р/2) + £), поэтому тре-
буется их повышенная прочность. Усилия противоизгиба создаются мощными гидравли-
482
Рж. 214. Установка гидроцилиндров для противоизгиба и дополнительного изгиб* рабочих
валков стана кварто
Pie. 215. Схема клети кварто, оборудованной устройством для противоизгиба опорных
валков
чеекими домкратами, расположенными вне станин клети (рис. 215). В некоторых случаях
для создания усилий противоизгиба в клеть вставляются поперечные опорные балки.
Эффективность противоизгиба опорных валков зависит от отношения ig^on» стано-
вится достаточно высокой при ^/Don > 2.
Как отмечалось ранее, в последние годы разработаны и нашли практическое примене-
1ие способы бытрого регулирования формы прокатной щели посредством перемещении ра-
бочих или промежуточных валков вдоль их продольной оси. При зтом рабочим валкам
"ридвется специальная "бутылочная” форма (рис. 195, а). На многовалковых станах,
в частности 6-валковых конструкций НС, регулирование формы прокатной щели достига-
ется осевым перемещением промежуточных валков с концевыми скосами (рис. 195,6).
При смещении промежуточных валков от вертикальной оси, как показано на рис. 195,5
стрелками, краевые участки рабочих валков получают возможность дополнительного
прогиба, т.е. выпуклость валков как бы увеличивается.
Очевидно, для осевого перемещения рабочих или промежуточных валков стан должен
иметь специальное устройство.
7. Совместное регулирование продольной и поперечной
разноголщинности полос
Любое изменение усилия прокатки, чем бы оно пп было вызвано, отражается на вели-
чине пружины стана и прогиба валков. Следовательно, изменение усилия прокатки влияет
одновременно и на продольную, я на поперечную разнотолщинность полосы. В этом легко
убедиться методом графического анализа (рис. 216).
4$3
Рк. 2К. Влияние изменения усилия прокатки Kt продольную в поперечную разнотолщин-
тпк-н- ПОЛОСЫ
Допустим, при прокатке полосы начальной толщиной h0 на конечную толщину hj yew
вне прокатки составляло Р; при этом поперечная разнотолщииность была A h™, Предполо-
жим далее, что усилие прпквки по какой-либо причине повысилось до значения Р'. Тогда
конечная толщина полосы увеличится до hi, а из измектвие будет dh t = h‘t — ht. Парал-
лельно произойди увеличение поперечной разиотолщвнностя, которое составит rf(Ah^n),
При разработке агава регулирования продольной и поперечной разнототпияноети
полос, в частности систем регулирования их поперечного профиля посредством против»
изгиба валков, ввовходиио знать взаимосвязь изменений толщины к поперечной разно-
dht
толщинности полое. Эта взаимосвязь может быть выражена отношением --==- -
- Kf1, где Kj - передаточный коэффициент «вмененной продольной и поперечной
разнотолщинностя. Определяй его величину.
Из формулы (346) имеем
«-I.
мпп
отсюда находим
«у = <«?” - Ц (ЗИ>
Из формулы (330) следует, что Мп = (К5 — 1)МК. Учитывая яо, окончательно получим
Таким образов*, результаты совместного регулирования продольной я поперечной
разнотоицияности зависят от пеередмочяых коэффициентов К. и К?" и соотношения мо-
дулей «пп/Мк.
Величина Ks всегда больше единицы. В то же враля коэффициент как отмечалось
ранее (см. с. 377), может быть и больше, и меньше единицы. Следовательно, передаточный
4S4
иффнпиент может быть положительным или отрицательным. Если он положитель-
ный, то это означает, что изыенедие продольной и поперечной разнотоицияности прово-
дит однозначно, в одну и ту же сторону. Если же коэффициент К'® отрицательный,
ге при увеличении продольной разнотолщинности поп дал я уменьшается, и наоборот.
На практике еовмаямое регулирование продольно* в поперечной разнотолщишости
уществлявтся, например, путем сщиоиременного переыятдаия нажимных винтов и р*
. у пирования профиля валков.
Б случае, когда систем регулирования поперечной разнотолщишости на применяется
0), формуле (367) принимая1 ввд
Если, кроме того, не применяется н системе регулирования продольной раз&зтолщин-
ностя (tfs0 = 0, Kj - 0), То получим
Kfffl-Mnn/WK-
Формулу (360) можно преобразовать так
тл *(»».”). <”•>
мк
Последнее выражение позволяет сделать следующий вывод: при отсутствии сизом
। тулировааия толщины и поперечного профиля полосы колебания усвлня прокатки
зияют на продольную ривотолщинность в Мпп^к Р“ сильное, чем на поперечную
{лнотолщинность. Это хорошо видно на рис. 216, где показано, что dht > <3 (Д h, ).
В. Регулирование формы полос
Наряду С требованиями по минимальной продольной и поперечной разиотолщинностк,
листовая продукт должна удовлетворять не менее важным требованиям по отсутствию
лрушений формы листов полос. К числу основных видов таких нарушений относятся
злвистость, коробоватость и ееюввдностъ.
Волнистость (рис. 217, а) образуется чаше всего вблизи кромок в связи с повышенным
обжлтиш на этих участках полосы В отдельных случаях она бывает односторонней или
местной. Хоробоеятостъ (рис. 217, б) проявляется в том, что средняя часть полосы получает
ипуклую (корытообразную) форму. Таксе искажение формы возникает вследствие по-
вышенного обжатия посередине полосы.
Образование волнистости и коробоватости приводит к нарушению плоскостности (пг в-
шетности) листов и полос. На практике плоскостность контролируют путем укладки ис-
тов к« специальный плоский стол и измерения амплитуды вертикальных отклонений на
длине 1 метр. Допуски м плоскостность при производстве холоднокатаной листовой сте-
ли приведены в табл 30.
Серповидносп полос в плане (рис. 211, в), называемая также ребровой кривизной,
гозникаи в ретулыате того, что одна сторона полосы обжимается больше, чем другая.
На ребровую кривизну также установлены допуски (см. с. ЭМ).
Указанные нарушения формы листового проката устраняются в процессе производства
резными способами. Отноитедьно более просто устраняется серповидносп; для этого
необходимо восстановить равенство обжатий по обеим сторонам полосы, что достигается
елдветвующей настройкой валков. Необходимо обеспечить также даприроватое по-
ложение полосы в валках при прокатке, т.е. отсутствие боковых смещений.
Устранение волнистости и коробоватости является более сложным вопросом, поскольку
оно неразрывно связано с формированием поперечной разнотолщииности листов и полос.
485
Рж. 217. Дефекты формы листов:
в - волнистость; б — коробоватость; в - серповидиость (или сверху)
Само образование волнистости и коробомтости обусловлено воздействием на поперечный
профиль полосы в недопустимых пределах. Для того чтобы полоса выходила из валков
плоской, должно соблюдаться вышеприведенное условие (358), которое требует постоянст-
ва вытяжек для всех продольных элементов полосы. Из формулы (359) следует
ДОЧ • A*™/*». (371)
т.е. для получения плоских полос конечная относительная поперечная разнотолщинпостъ
должна быть равна начальной относительной разноголщинности.
Продольные напряжения в полосе, вызывающие искажсЕяе ее формы, могут возник-
нуть также из-за различия скоростей выход» металла из валков на смежных участках по-
мог. Поэтому в качестве дополнительного условия получения плоских полос принимается
»1,< " »в,:(1 + - сопя, (372)
где h,f “ скорость выход» металла из валков в (том (любом) продольном сечения полосы;
’в,1и Si ~ соответственно окружная скорость валков и опережение в (том сечении.
’ На практике условие равенства вытяжек по ширине полосы (371) жестко соблюдается
не всегда. При горячей прокатке толстых листов и полое (как показывает практика, тол-
щиной более 6-8 им) нарушение условия (371) не сопровождается заметной потерей плос-
костности. При этом возможна значительная корректировка поперечной разноголщинности
полос без угрозы возникновения волнистости или коробоватостх. Другое дело - прокатка
тонких полос, в частности холодная прокатка. В этом случав даже малое отклонение от
условия (37!) может привести к образованию большой волнистости или коробоватости.
Следовательно, при прокатке тонких полос возможность регулирования поперечной р&з-
нотолщинностп резко сокращается. В связи с этим возрастают требования по минимальной
разноголщинности исходного подката.
Рассмотрим меры, которые принимаются па практике при нарушении плоскостности
прокатываемых полос. Чаще всего наблюдается образования волнистости по боковым кром-
кам полос или листов (рис. 217, в). Для устранения этого дефекта необходимо увеличить
обжатие посередине полосы по отношению к обжатию по кромкам. Это достигается: уве-
личением выпуклости валков за счет регулировки их теплового профиля; применение*
противоизгиба или осевого перемещения валков; уменьшением обжатия за проход; уве-
личением натяжения. С уменьшением обжатия за проход и увеличением натяжения кон-
цов полосы снижается усилие прокатки и соответственно уменьшается прогиб валков.
Если при прокатке обнаруживается коробоватость полосы (рис. 217, в), то требуются
меры противоположного характера, а именно: уменьшение выпуклости или дополнитель-
ный принудительный изгиб валков, увеличение обжатия за проход и тщ.
На современных непрерывных и реверсивных тонколистовых станах форма прокаты-
ваемой полосы контролируется непосредственно н процессе прокатки (в потоке). Методы
намерения неялоскостностн подразделяются на прямые и косвенные, К числу прямых
486
Рже. 218. Устройство для измерения распределения натяжений по ширине полосы:
I - стввина; 2 - опорный ролик; 3 - измерительный многосекцнонный ролик
истодов относится рычажные, струйные, магнитные, оптические и другая. Косвенные
истоды основаны из измерении распределения удельных натяжений или продольных ско-
ростей по ширине полосы. Кроме того, методы подразделяются на контактные я бескон-
тактные. При использовании контактных методов движущаяся полоса обычно опирается
на иногосекцяоииый ролик (рис. 218), каждая секция которого может иметь независимое
вертикальное перемецение с передачей сигнала на регистрирующее устройство.
Струйные устройства для контроля формы полосы состоят на калиброванных сопел,
через которые на поверхность металла подаются струи электропроводной жидкости (воды).
Измерению подвергается электрическое сопротивление струи, которое зависит от ее дли-
ны, т.е. от расстояния между полосой и соплом.
Известно несколько конструкций электромагнитных датчиков контроля формы поло-
сы. По одному из наиболее простых вариантов над полосой устанавливаются электромагни-
ты, обмотки возбуждения которых питаются переменным током. Изменение воздушного
чиора между полосой и магнитом влияет па напряжение в обмотке возбуждения, что и
Фиксируется приборами.
Оптические методы основаны яа измерении отклонения светового луча, направленного
иа поверхность полосы. Источником светового пуча являются лампы накаливания теле-
визионных систем или лазеры. К числу оптических относится также испытанный на прак-
гике метод муар. Сигналы приборов, контролирующие плоскостность полосы, могут быть
использованы для ручной (неавтоматизированной) корректировки профиля прокатной
щели. Однако на лучших современных станах эти сигналы поступают в САРПФ и служат
импульсом для действия системы принудительного изгиба валков. Наряду с корректи-
ровкой формы прокатной щыш производится корректировка установки нажимных вин-
тов, т.е. в действие также включается САРТ.
Таким образом, САРПФ и САРТ совместно обеспечивают получение полос высокой
точности по толщине, профилю поперечного сечения и плапшетноети.
Контрольные вопросы
1. Что называется пружиной рабочей клети1.
2. Изобразите ка графика характерный вид упругой линии клети.
3. Как определяется модуль жесткости рабочей клети?
4. Изобразите на графике кривую пластической деформация полосы.
5. Что такое модуль жесткости полосы?
6. Постройте график, совмещающий упругую линию клети и кривую пластической де-
формации полосы.
487
1. Himnmne основное ур&впение продольной рмяотолщниностн полосы.
В. Приведите фодеулу передгтичсогс коэффициент» Ks, определяющего свял между
перемещала» венков в изменапш выходящей толщины полосы.
9. Что показывает коэффициент выравнивания Х'в?
10. Какими методами ное яг «те» увеличение жесткости рабочих клетей?
И. В каких случаях большое повышение жесткости рабочих клетей иецепееообразио?
12. Что попинаете! под активными методами регулирования продольной разнотолщин-
ЯОСТИ понос?
13. Какие факторы воздействуют на форму валкового зазора в процессе прокатки?
14. Какие упругие деформация испытывают валки клетей кварто?
15. Что называется активной образующей рабочего валка?
16. Напишиie осповное уравнение поперечной разнотошцияноети полосы.
17. Что такое модуль поперечной рмяотолщкяяости? Как его определяют эксперимен-
тально’
18. Какие факторы учитываются при расчете профилировки валков?
19. Назовите способы рвулирования формы валкового зазора в процессе прокатки.
2D. Какие варианты принудительного изгиба валков применяются на практике?
21. Почему должны был связаны между собой системы регулирования продольной и
поперечясВ разнотолщинностн полос?
22. Назовите основные виды дефектов формы листов и полое. Объясните причины воз-
никновения этих дефектов.
23. Сформулируйте основное условие получения плоских (планшетных) полос. При
каких параметрах прокатки выполнение этого условия должно был особенно строгим?
24. Как регулируется форма прокатываемых полос на практике?
25. Какие устройства и приборы применяются на современных станах для контроля
формы полосы в процессе прокатки?
Часть IV. ПРОИЗВОДСТВО ТРУБ
Глава!, общая характеристика трубного
ПРОИЗВОДСТВА
I. Сортамент труб
Металлические трубы изготавливают из углеродистых, легирован-
ных и высоколегированных сталей, цветных металлов и сплавов,
чугунов, биметаллическими из различных сочетаний металлов. Клас-
сификация сортамента труб представлена на рис. 219.
Основу трубного производства составляет получение монометал-
лических труб из стали, цветных металлов и сплавов, при изготовле-
нии которых используются различные методы обработки металлов
давлением и сварки. Эти трубы делятся на два основных вида - бес-
шовные и сварные.
Бесшовные трубы по способу производства подразделяются на:
еорячеде^ормироваиные, получаемые различными методами горя-
488
Труби металлические
489
чей прокатки (горячекатаные) или прессования (горячепрессованные)
из катаной, литой или кованой заготовки;
холоднодеформированные, получаемые из горячедеформированных
труб-заготовок путем прокатки в холодном состоянии (холодноката-
ные), волочения (холоднотянутые), в отдельных случаях - прессова-
ния, и частично - теплодеформированные, получаемые с предвари-
тельным подогревом труб-заготовок до 100- 250 *С и более.
Сварные трубы подразделяются на:
электросварные, получаемые различными методами электрической
сварки кромок цилиндрической трубной заготовки, сформованной
в холодном состоянии из исходной ленты, полосы или листов путем
пластического изгиба; эти трубы производятся с прямым или спираль-
ным швом (прямошовные или спиральношовные);
печной сварки, получаемые только прямошовными путем сдавли-
вания и сварки кромок трубной заготовки, сформованной из предва-
рительно нагретого в печи штрипса;
электросварные холоднодеформированные, получаемые из прямо-
шовных труб-заготовок.
Монометаллические трубы служат также заготовками для произ-
водства биметаллических труб, образуя основной и плакирующий
слои. Отдельные группы составляют свертные паяные трубы (двух-
слойные), получаемые из стальной омедненной ленты, а также чугун-
ные, стальные и биметаллические литые трубы.
Общая структура производства металлических труб, выпускаемых
отечественной промышленностью, примерно следующая (по массе):
стальные трубы - 93-94%; трубы из цветных металлов и сплавов -
около 1 %; чугунные трубы - 5- 6 %.
Доминирующим видом труб являются стальные. В их общем коли-
честве (также по массе) доля готовых труб различного сортамента
примерно составляет:
по видам: бесшовные - до 40 % (в том числе горячедеформирован-
ные - 34 %, холоднодеформированные - 6 %), сварные - 60 % (в том чис-
ле электросварные - 52-53%, печной сварки - 7%, электросварные
холодиодеформированные - до 1 %);
по группам марок стали: углеродистые - 74 %, легированные - 25 %,
высоколегированные - 1 %.
Размеры труб характеризуются, как правило, наружным диамет
ром d и толщиной стенки j. Важной характеристикой размеров труб
является отношение d/s (или обратное отношение з/<Г) - показатель
тонкостенносги. По этому показателю трубы делятся на особотонко-
стенные (d/s > 40), тонкостенные (d/s = 12,5-40), толстостенные (d/s =
= 6-12,5) и особотолстостенные (d/s < 6).
Одной из основных характеристик качества труб является точность
490
Fe. 22*. Вилы рмностепиояи труб:
а, б, в - поперечная рмностенность, 6 snon = (Jmax - ’миД нли (’max “
где j — средняя толщина стенки в данном ееч®ии, в дом числе эксцентричная (о) и разно-
вилност» симметричной (б, в) рмностеняости; г - продольная разноетенвость, в $прОД
sa - а - разброс средних толщин стенок отдельных труб Гн прокиаяной партии на
л труб, 5 ’парт ’max “ ’min
размеров, особенно по диаметру и толщине стенки. Государственные
стандарты устанавливают их предельные отклонения. Фактические
отклонении, возникающие в процессе деформации, включают ряд
погрешностей формы и размеров. Например, по толщине стенки сюда
входят (рис. 220): поперечная разностенность (эксцентричная и
симметричная), продольная разностенность бдпрод, разброс средних
толщин стенок в партии труб 6sMpT. Все указанные дефекты учиты-
ваются при определении суммарных фактических отклонений.
Бесшовные горлчедеформированные трубы получают диаметром от
16 до 630 мм, а в отдельных случаях, при использовании процессов
расширения винтовой прокаткой или волочением, а также прессования
на особо мощных прессах - до 1200 мм. Толщина стенки составляет
1,5-50 мм и более. Эти трубы изготавливаются с d/s = 3-40, т.е. в ши-
роком диапазоне - от тонкостенных до особотолстостенных.
Для сравнительной оценки точности разных видов горячедефор-
мированных труб воспользуемся значениями стандартных предель-
ных отклонений, величина которых, выработанная на основе практики,
зависит от ряда факторов. Рассмотрим точность труб в зависимости
от их материала. С его прочностными и другими свойствами связаны
упругая деформация стана, износ технологического инструмента.
Сравним выборочно предельные отклонения по диаметру и толщине
стенки одинаковых размеров труб (например, тонкостенных малого
491
диаметра 76 X 5 мм), прокатанных из углеродистой или легированной
стали (по ГОСТ 8732-78) и корроэионностойкой стали (по ГОСТ
9940-81), %:
Предельные отклонения............................ По пиметру
Углеродистая или легирок
Коррмиоиностойия сталь.................... ±1,5
По толщине
стенки
♦•12,5
1-М
Как видим, допускаемая стандартами точность (и фактическая точ-
ность на практике) у коррозионностойких труб ниже, чем у труб из
углеродистой или легированной стали,
Точность горячедеформированных труб зависит также от способа
деформации и отношения dis. Так, на трубопрокатных агрегатах (ТПА),
имеющих в своем составе только станы винтовой прокатки и предназ-
наченных для производства толстостенных труб, точность труб при-
мерно в два раза выше, чем на ТИА со станами продольной прокатки.
Тонкостенные трубы имеют более высокую относительную разностен-
ность, чем толстостенные.
Горяч едеформированные трубы используются для трубопроводов
различного назначения (в значительной мере - нефтепроводов), для
бурения и эксплуатации нефтяных и газовых скважин (бурильные,
обсадные и насосно-компрессорные трубы с нарезанной резьбой на
концах для соединения их с помощью муфт или ниппелей), в энерге-
тическом, химическом, транспортном и других отраслях машинострое-
ния (как конструкционные или заготовки для изготовления полых
деталей резанием, штамповкой или другими методами), в строительст-
ве, для изготовления сосудов и баллонов.
Холоднодеформированные трубы получают диаметром 0,2-450 мм
с толщиной стенки 0,03-95 мм, а также больших размеров (диаметром
до 4000 мм) при использовании специальных процессов поперечной
прокатки и волочения. Трубы изготавливаются из различных марок
стали, цветных металлов и сплавов. По величине отношения dis они
имеют в основном такую же градацию, как горячедеформированные,
но дополнительно к особотонкостенным относят трубы, имеющие
s < 0,5 мм при d < 20 мм, тонкостенным - s < 1,5 мм при d < 20 мм
(например, труба 5 X 0,5 мм классифицируется как особотоикостенная,
хотя dis 10).
Холоднодеформированные трубы по сравнению с горячелеформн-
рованными характеризует ряд преимуществ:
- высокое качество и чистота поверхности (7-11 класс шероховатос-
ти после деформации);
492
- высокие прочностные свойства;
- более высокая тонкостенность (d/s до 150);
- более высокая точность геометрических размеров (так, для срав-
ниваемого размера 76X5 мм холоднодеформированные корроэион-
ностойкие трубы по ГОСТ 9941-81 имеют предельные отклонения по
диаметру ±1,2%, по толщине стенки ±12,5 %, что в 1,25-1,4 раза ниже,
чем у горичедеформированных).
Холоднодеформированные трубы используются в наиболее ответ-
ственных узлах машин и аппаратов в различных отраслях машино-
строения, приборостроения и других новых областях техники, в ме-
дицине.
Электросварные трубы производятся диаметром 5-2520 мм с тол-
щиной стенки 0,2-32 мм при d/s = 10 * 150. Они условно разделены-
на трубы малых диаметров (d < 114 мм), средних (d = 114 + 530 мм)
и больших диаметров (d > 530 мм). Подавляющую массу труб всего
диапазона размеров получают из ниэкоуглеродистых и низколегиро-
ванных сталей, хорошо свариваемых высокоскоростными методами
сварки. Трубы малых и средних диаметров получают также из корро-
зионностойких сталей, цветных металлов и сплавов.
Сравнение сортамента я характеристик электросварных и горяче-
деформированных труб показывает:
диапазон диаметров электросварных труб шире, чем горячедефор-
мированных, как в области малых, так и больших диаметров;
размерный сортамент электросварных труб смещен в сторону тонко-
стенных и особотонкостенных; при одинаковом диаметра с горячеде-
формированными электросварные трубы могут быть изготовлены с
меньшей толщиной стенки (так, трубы диаметром 219 мм электросвар-
ные с s = 4,5 * 8 мм, d/s = 27 * 44, горячедеформнрованные - с s =
- 6 + 50 мм, d/s-4,4 + 36);
точность электросварных труб существенно выше, особенно по
толщине стенки, предельные отклонения по которой определяются
точностью листовой стали;
сварной шов и основной металл при современных методах сварки
практически равнопрочны,
сортамент электросварных труб по маркам стали и сплавов значи-
тельно уже, чем горячедеформированных;
толстостенные и особотолстостениые трубы могут быть изготовлены
только горячедеформированными;
электросварные трубы имеют грат, образующийся при сварке шва,
выступающий до 0,5 мм; наличие трудноудалимого внутреннего грата
на трубах малого диаметра ограничивает область их применения.
Электросварные трубы используются для трубопроводов различ-
ного назначения, включая магистральные газо- и нефтепроводы, как
493
конструкционные в машиностроении, в строительстве. Равнопрочные
по периметру электросварные трубы позволяют во многих случаях
заменять ими горячедеформированные сопоставимого сортамента.
Это особенно целесообразно в связи с тем, что электросварные трубы
имеют большую тонкосгенность и точность, и, следовательно, их при-
менение взамен горячедеформированных приводит к существенной
экономии металла.
Трубы печной сварки производятся диаметром от 10 до 140 мм с
толщиной стенки 1,8-5,5 мм при d/s 4*35 из низкоуглеродистых
сталей Ст.1 - Ст.З, обеспечивающих нормальное качество шва при
сварке этим методом. В соответствии с ГОСТ 3262- 75 трубы испытыва-
ются гидравлическим давлением 2,5-5 МПа и используются для низко-
напорных водогазопроводных и отопительных сетей (для таких же
по размеру и марке стали бесшовным трубам испытательное давление
в соответствии с ГОСТ 8731-87 составляло бы 10-80 МПа).
Строительство цехов для выпуска электросварных труб и труб печ-
ной сварки требует меньше капитальных затрат, чем для горячедефор-
мированных, а само производство менее энергоемко, отличается непре-
рывностью и высоким уровнем автоматизации. Указанное обусловило
возрастание доли производства сварных труб в их общем выпуске
в последние десятилетия во многих странах. Прогнозируемая потреб-
ность труб различного сортамента приведет в ближайшей перспективе
к опережающему развитию производства бесшовных труб и доведет
их соотношение со сварными до примерно равных долей.
2. Классификация способов производства труб
Способ производства труб определяется видом труб (горячедефор-
мированные, холодно деформированные или сварные, круглые или
профильные); материалом труб, определяющим его пластические,
прочностные и вязкие свойства, а также видом исходной заготовки
(катаная, слиток или непрерывно литая при производстве горяче де-
формированных труб); геометрическими размерами (абсолютными
или показателем тонкостенности d/s); требованиями к качеству труб
(точность размеров, качество поверхности, механические свойства);
технико-экономическими показателями способа - производитель-
ностью, маневренностью, расходным коэффициентом металла, себе-
стоимостью.
Горячедеформированные трубы получают семью способами горя-
чей прокатки и способом прессования. Каждый из способов горячей
прокатки включает три основных операции обработки давлением:
прошивку сплошной заготовки в толстостенную гильзу, раскатку
гильзы в черновую трубу, калибрование или редуцирование черновой
494
трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине
стенки. Существенное отличие каждому способу придает вторая опе-
рация - раскатка. Поэтому по названию стана, производящего рас-
катку, дается название способу производства и трубопрокатному аг-
регату. Классификация агрегатов приведена в табл. 44. Каждый из
указанных агрегатов имеет ряд типоразмеров в соответствии с диамет-
рами прокатываемых труб внутри приведенного в таблице диапазона.
Наиболее распространены агрегаты 1-4 и 8 типов.
Сопоставление различных способов горячей деформации показывает:
большое количество сорторазмеров труб может быть произведено
разными способами, например, трубы из углеродистых сталей - на
агрегатах с автоматическим, непрерывным или другими раскатными
станами, трубы из коррозионностойких сталей средней пластичности -
на агрегатах с автоматическим станом или трубопрессовом; в этих
случаях при выборе варианта решающую роль играют показатели
качества труб, размеры партий, технико-экономические показатели
производства;
определенный сортамент труб может быть произведен только на
одном из типов агрегатов, например, трубы из малопластичных ста-
лей и сплавов или сложного профиля - на трубопрессовом агрегате,
трубы из слитков - на агрегате с пипигримовым станом.
Холоднодеформированные трубы получают в основном периодичес-
кой прокаткой и волочением. Классификация станов, осуществляющих
эти способы деформации, приведена в табл. 45. Все указанные станы
отличаются большим количеством типоразмеров. Так, отечественной
промышленностью изготавливаются: станы XПТ - от ХТП-32 до ХПТ-450
(по максимальному диаметру прокатываемых труб); станы ХПТР -
от ХПТР 3-8 до ХПТР 60-120 (по диапазону диаметров прокатываемых
труб); трубоволочильные станы - линейные от 2 до 2500 кН (по мак-
симальному тяговому усилию), барабанные станы для бухтового во-
лочения от 550 до 2800 мм (по диаметру барабана, определяющему
возможный диаметр протягиваемых труб: dmax/D^9 * 1/30 - 1/40).
Часть холодиодеформированных труб производится с применением
одной операции обработки давлением на стане ХПТ или волочильном.
Как правило же, получение этих труб, особенно из коррозионностойких
сталей, тонкостенных и малого диаметра, связано с многоцикличной
обработкой давлением на станах ХПТ, ХПТР, оправочном и безоправоч-
ном волочильных станах в различных сочетаниях, с промежуточными
термическими и химическими обработками.
Сварные трубы производятся с применением различных способов
формовки трубной заготовки и сварки ее кромок, выбор которых за-
висит от размеров, материала и назначения труб. Водогазопроводные
грубы малых диаметров из низкоуглеродистых сталей проходят не-
495
Таблица 44 Кяе^я^мгпкя ырегето дхя щиммздсш
1 щипли >4* * ***4*^" ЯШ11НД труб
С автоматжчес- У, Л, Кат, Ков, 20-426
ким станом или ВЛ, Сил Н-л,Ц-л (42-377)
со станом тан-
пен
С непрерывным У, Л Кат, Н-л 16—426
оправочным ете- (38—426)
но>.
0 пилигрямо- У, Л, Си, Н-л, М-230
ним станом ВЛ Кат, Ков, (140-550)
Ц-л
С трехвалко- У, Л Кат, Ков 34—260
аыи станом Н-л (60-203)
винтеэой про-
катки
С реечным ста- У, Л Кат, Н-л 28-219
ном (-)
С двухвалко- У, Л Кат, Н-л 38-146
вым станом (-)
винтовой про-
катки (с при-
водными на-
правляющими
щеками)
С планетарным У, И Кат, Н-л 60-245
ставом виято- (-)
вой прпквки
Трубопресео-
вий агрегат:
вирной У, Л, Кат, Ков, 25-245
металлур- ВЛ, Сил Н-л,Ц-л (38-245)
гяи
в цветной ЦМ, Си, Н-л 20-568
металлур- Спи Пр (20-400)
ГИИ
Высокая шневреяиость; широкий
размерный и марочный сортамент
Высокая проиаводизльностъ, целе-
сообразность прокатки больших пар-
тий труб; возможность получения
дппннЫХ черновых труб
Получение труб из слитков; высокая
маневренность; широкий размерный
и марочный гортамепт
Прокатка только толстостенных труб;
очень высокая мансвреявость; высо-
кая точность труб и дробность размер-
ных рядов сортамента по диаметру н
стенке
Высокая точность труб; низкая энер-
гоемкость
Высокая точность труб, широкий раз-
мерный сортамент (по тонкостенное-
»)
Высокая точность труб; возможность
получения длинных черновых труб
Широкий марочный сортамент; воз-
можность получения труб из мало-
пластичных сталей и сплавов, про-
фильных труб; высокая мажшрен-
*Ма4Ч1яал труб: У, Л, ВЛ - углеродистые, легированные и выеоколетнрованные стали;
ДЫ - цветные металлы; Спя - сплавы.
"Исходная заготовка: Ки - катаная; Ков - кованая; Н-л - звтрерывнолитая; Ц-л -
деитробежволитая; Си - слиток сифонной разливки; Пр - прессованная
***В скобках - в щечее шейной металлургии
496
ПсфЪсш В
Тип стаяв
Материал Размеры труб, мы
TP0
d »
। особенности
Станы холодной
прокатки труб:
валковые У, Л, ВЛ, 10-450
(ХПТ) ЦМ,Спл
0J—35
роликовые То же 3-120 0,08-6
(ХПТР)
Волочильные
станы: У, Л, 0,2-360 0,03-12
(ВЛР, ЦМ. Спл л более и более
Периодическая прокатке в вал-
ках с ручьем переменного сече-
ния ла конической оправке; об-
жатие по диаметру в толщине
стенки
Периодическая прокатка в роли-
ках с ручьем постоянного сечения
ка цилиндрической оправке; об-
жатие в основном по толщина
стенки
барабанные У, ЦМ,
0,4-70
Волочение на короткой нвюд-
вижпой, самоустанавливающейея
или длинной подвижной оправке
(обжатие по диаметру и стенке);
бемправочное (обжатие по диа-
метру)
Бухтовое волочение на самоуете-
шиивиощзйее оправке stra 5es
оправки; длина труб ке ЦМ до
800—1 000 м и более
Приценяется ограниченно.
Ферывную валковую формовку в горячем состоянии в первых клетях
и печную сварку в последующих клетях непрерывного формовочно-
варочного стана. Формовка заготовок для электросварных труб про-
изводится в холодном состоянии. Для труб малых и средних диамет-
ров преобладающей является формовка в непрерывных формовочных
станах, больших диаметров - в прессах, гибочных вальцах, спирально-
формовочных устройствах.
Наиболее распространены в настоящее время четыре способа электро-
парки (табл. 46): высокочастотная, дуговая под слоем флюса, сварке
постоянным током методом сопротивления - для получения труб
[ирокого диапазона размеров из низкоуглеродистых и легированных
сталей, а также ряда сплавов цветных металлов (меди, алюминия);
изоэлектрическая сварка (аргонно-дуговая или плазменная) - для
497
23
Таблица 46, Клан|тиж«раитдляпродводтаыджтуи'нцшыттруб
по нюеобаы сверки
Способ Размеры труб, мм Видзаготов- Материал Способ Прииципиаль-
сварки ки труб’ фОрМОВКИ ныв особенное-
d г ти
Высокочас- 8-530
тотная свар-
ка
Сварка пос- 5-32
ЮДИНЫМ то-
кои методом
сопротивле-
ния
Аргоняо-ду-
говая иплаэ-
меяная свар-
ка;
прямо- 8-530 ОД-5
шовных
труб
спираль- 50—530 1—5
ио-шов-
ных труб
Дуговая
сварка под
слоем флю-
са:
прямо- 530—1620 7—32
шовных
труб
спираль- 153-2520 3-25
но-шов-
ныхтруб
Лента, поло- НУ, Л, (ВЛ)*? Валковая Высокая ско-
са в руловах ЦМ, Спя формовка роста сварки —
до 2,5 м/с
Лета в ру- НУ, НЛ То же Ровный грат
донах высотой из бо-
лев 0,15 —
0,25 мм; ско-
рость сварки до
1,2 м/с
Лета вру ВЛ, ЦМ, Пслучетяе
лояах Спл труб из ВЛ, ни-
келя и его
сплавов и др. с
тонкими стен-
ками; низкая
скорость свар-
ки - менее
0,85 м/с
Валковая
формовка
В спираль-
ноформо-
вечных
устройст-
вах
Получение
груб с поен-
ной стенки;
Мерный НУ, НЛ В прессах, низкая ско-
лия вальцах роста сварки-
менее 0,05 м/с
Полоса в НУ, НЛ В спираль-
рулонах ноформо-
вечных
устройст-
вах
♦НУ, НЛ - низкоуглеродистые и низколегированные стали; остальное - в соответствии
с табл. 44.
“Применяется ограниченно.
498
получения труб малого и среднего диаметра из высоколегированных
сталей, а также сплавов титана, никеля и других цветных металлов.
Развивается применение лазерной сварки труб из высоколегированных
сталей, обеспечивающей повышенные по сравнению с газоэлектричес-
кой скорости сварки. Наряду с этими способами для сварки труб из
высоколегированных сталей, тугоплавких металлов и сплавов исполь-
зуются процессы атомно-водородиой, электронно-лучевой, ультра-
звуковой сварки, имеющие ограниченное применение.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные виды труб. Каково назначение труб различного сортамента?
2. Пайк сравнительную оценку сортамента бесшовных горячепеформировавпых труб,
мяюднодеформироваиных труб, сварных труб,
3. Сопоставьте точность горячедеформировсялых, хоподнодеформированяых и сварных
труб.
4. Назовите преимущества холоднодеформированиых труб перед горячвдеформирован-
ными.
5. Рассмотрите преимущества и недостатки сварных труб по сравнению с бесшовными
горячедеформироваиными. В чем преимущества производства сварных труб’
6. Пайте общую характеристику способов производства горячедеформировввных, хо-
поднодеформированных и сварных труб,
Глава П. производство бесшовных го?ячвде«ормированных
ТРУБ
1. Общая технологическая схема производства труб
горячей прокаткой
Технологический процесс производства горячекатаных труб вклю-
чает ряд последовательных операций, основные из которых следующие:
1. Подготовка исходной заготовки к прокатке.
2. Нагрев заготовки.
3. Прошивка заготовок сплошного поперечного сечения в полые гиль-
зы. Эта операция осуществляется в прошивных станах, представляющих
собой станы винтовой прокатки, в прошивных прессах или пресс-вал-
ковых станах. Наиболее распространен первый метод прошивки,
позволяющий в большинстве случаев получить требуемые размеры
гильзы за одну операцию. После прошивного пресса или пресс-валко-
вого стана, на которых получают короткие особотолстостенные гильзы,
устанавливаются станы-удлинители (элонгаторы), аналогичные по
конструкции прошивным станам, которые выполняют предваритель-
ную раскатку гильз.
499
4. Раскатка гильз в черновые трубы - обжатие по диаметру и тол-
щине стенки с приданием стенке размера, близкого к конечному зна-
чению. Раскатка ведется на оправке. Она производится в станах про-
дольной или винтовой прокатки (см. табл. 44), осуществляющие такие
способы раскатки:
в автоматическом стане или стане тандем - продольную прокатку
в круглом калибре на короткой неподвижной оправке;
в непрерывном оправочном стане - продольную прокатку в системе
круглых калибров на длинной оправке;
в пилигримовом стане - продольную прокатку в круглом калибре
с переменным сечением ручья по периметру валка (периодическую
прокатку) на длинной оправке;
в трехвалковом стане, двухвалковом стане с приводными направ-
ляющими дисками, планетарном стане - винтовую прокатку на длин-
ной оправке;
в реечном стане - проталкивание трубы через калибры, образован-
ные неприводными роликами, на длинной оправке.
5. Калибрование или редуцирование труб - обжатие черновых труб
по диаметру и придание им окончательных размеров как по диаметру,
так и толщине стенки. Эти операции осуществляются без оправки.
Они отличаются по величине деформации диаметра. Калибрование
осуществляется в системе круглых калибров в непрерывном стане
продольной прокатки или 3-2-валковом стане винтовой прокатки.
В непрерывном 3-12-клетевом стане обжатие по диаметру произво-
дится на 10-30%, прокатка ведется без натяжения, при этом проис-
ходит утолщение стенки на 4-16 %. В трехвалковом стане обжимают
на 2-3 мм. Редуцирование осуществляется в непрерывном стане с чис-
лом клетей до 28; при обжатии по диаметру до 80 % с применением
натяжения достигается сохранение или утонение стенки.
6. Охлаждение, правка, дальнейшая отделка и контроль труб (ре-
монт, обрезка, а при наличии требований: калибрование концов, на-
резание резьбы, гидроиспытания, обточка, термическая и химическая
обработка, нанесение покрытий, дефектоскопия и др.).
2. Псходпая заготовка и подготовка ее к прокатке
Для получения различного сортамента горячекатаных труб, а также
в зависимости от способа их производства применяют следующие ви-
ды исходной заготовки: катаную заготовку круглого или квадрат-
ного поперечного сечения, слитки круглого или многогранного сече-
ния, кованую, непрерывно литую и центробежно литую заготовки.
Катаная заготовка круглого поперечного сечения применяется на
500
Рж. 22L Cxaoi p&spesKM штанг на npeee-вожнидах (а) и ломки на пресс® (б)
агрегатах, имеющих в своем составе прошивные станы, квадратного
сечения - на агрегатах с прошивными прессами.
Круглая катаная заготовка диаметром 90-270 мм является в нас-
тоящее время преобладающим видом заготовки. При поступлении в
трубный цех она может подвергаться выборочному контролю поверх-
ности в случае появления выпадов по качеству труб, связанных с
дефектами сталеплавильного или прокатного происхождения. При
производстве котельных, корроэиониостойких и других видов труб
ответственного назначения для гарантии высокого качества поверх-
ности труб используется заготовка, поставляемая в обточенном сос-
тоянии. В зависимости от назначения, марки стали или сплава допол-
нительно производится контроль микро- и макроструктуры.
Заготовка, поступающая в трубный цех в виде штанг длиной 3,5-
12 м, подвергается раскрою на мерные длины, а затем зацентровке
передних торцов. Раскрой штанг проводится (рис. 221):
резкой заготовок диаметром до 150 мм на пресс-ножницах преиму-
щественно в холодном состоянии, реже - в теплом (80- 300 *С) для
прадотвращения образования трещин, на отдельных агрегатах - в го-
рячем состоянии после нагрева всей штанги перед прокаткой;
ломкой заготовок диаметром до 270 мм на гидравлических прес-
сах в холодном состоянии с предварительным нанесением надреза с
помощью газокислородных резаков или плазмотронов;
резкой на дисковых пилах заготовок из высоколегированных ста-
лей и сплавов, в ряда случаев - газокислородной резкой.
При раскрое следует стремиться, с одной стороны, к безостаточному
разделению штанг, с другой - к получению заготовок максимально
возможной длины для заданного типоразмера труб. При производстве
больших партий труб целесообразно осуществлять предварительное
мерное деление раската на штанги непосредственно на трубозагото-
вочном стане.
Зацентровка заготовок, заключающаяся в нанесении лунки в центре
501
Гж. 222. Схемы очагов деформация в прошивном пана при
зацентрованной (в) и нецентроваиной (б) заготовит
1 - валок; 2 - оправка
я торец
переднего их торца, производится с целью снижения разностенности
передних концов прошиваемых гильз и улучшения условий захвата
в прошивном стане за счет увеличения длины зоны контакта (Г > I,
см. рис. 222) в момент внедрения в металл носка оправки. Ее произ-
водят:
в горячем состоянии путем вдавливании пуансона (бойка) с помощью
пневматического ударного устройства; это преобладающий метод за-
центровки, применяемый для заготовок из углеродистых и легиро-
ванных, реже - высоколегированных сталей;
в холодном состоянии путем сверления на станках; этот метод при-
меняется для более глубокой зацентровки заготовок из легированных и
высоколегированных сталей.
Слитки, полученные методом сифонной разливки, применяются на
агрегатах с пилигримовым станом для производства труб среднего
и большого диаметра из углеродистых и низколегированных сталей.
Литая неравномерная по объему структура металла и большое число
дефектов слитка предопределяют низкую пластичность металла, по-
вышенное число дефектов труб. Тем не менее, производство указан-
ного сортамента труб из слитков оправдывается их низкой стоимостью
по сравнению с аналогичными трубами из катаной и других видов за-
готовки, а также техническими трудностями прокатки заготовок диа-
метром более 270-300 мм. Диаметр слитков при производстве труб
максимальных размеров достигает 700 мм.
Применение слитков является специфической особенностью агре-
гатов с пилигримовым станом. Это объясняется характерным распре-
делением деформации между операциями прошивки и раскатки на
этих агрегатах: относительно малой степенью деформации при прошив-
ке литого металла к 2) и большим обжатием предварительно де-
формированного металла в пипигримовом стане (X = 7 + 15).
Форма поперечного сечения отливаемого слитка определяет его
качество; вместе с тем, она выбирается в соответствии с типом вхо-
502
дящего в состав агрегата оборудования для прошивки - стана или
пресса. Круглая форма обеспечивает устойчивый захват (вращение)
слитка валками прошивного стана, многогранная - уменьшение коли-
чества продольных трещин, возникающих при кристаллизации. Масса
слитка определяется в зависимости от заданной массы прокатываемой
трубы одно-, двух- или трехкратной длины и составляет 1- 6 т.
Подготовка слитков к прокатке включает их контроль и ремонт
поверхности путем вырубки или огневой зачистки. Слитки для про-
изводства труб ответственного назначения (например, котельных)
подвергают сквозному сверлению для удаления металла центральной
части с усадочной рыхлостью и наибольшей концентрацией неметал-
лических включений.
Кованая заготовка круглого поперечного сечения используется для
производства труб ответственного назначения среднего и большого
диаметра в случаях, если получение катаной заготовки таких же раз-
меров неосуществимо или нерационально, например, из-за малого
объема партии металла. Технологические же свойства кованой и ка-
таной заготовок сопоставимых размеров и степени укова примерно
одинаковы.
На агрегатах с автоматическим и трехвалковым раскатным станами
применяют сплошные кованые заготовки котельных, коррозионно-
стойких и жаропрочных сталей и титановых сплавов диаметром 150-
270 мм, поставляемые в обточенном состоянии. На агрегатах с пили-
гримовым станом применяют сверленные и обточенные кованые за-
готовки котельных сталей с наружным диаметром 380-650 мм и внут-
ренним 100-120 мм, уковом 1,7-2,5.
Непрерывнолитые заготовки из углеродистых и легированных ста-
лей применяются на различных трубопрокатных и прессовых агрега-
тах, на которых традиционно использовались только катаная заготов-
ка и слитки сифонной разливки. Увеличение доли металла, подвер-
гаемого непрерывной разливке, обусловливает и рост его применения
в трубном производстве, тем более, что сквозные технико-экономи-
ческие показатели процессов, начиная от разливки и кончая получе-
нием готовых труб, особенно расход энергии, при использовании не-
прерывнолитых заготовок улучшаются.
Для производства труб отливают заготовки круглого сплошного
сечения диаметром 150-420 мм, граненые - до 560 мм, квадратного
сечения - от 170 X 170 до 360 X 360 мм, прямоугольного сечения - до
250 X 500 мм. С точки зрения разливки менее предпочтительны круг-
лые заготовки, подверженные образованию трещин при кристаллиза-
ции, однако онн пригодны для получения гильз на прошивных станах.
Прямоугольные заготовки проходят предварительную прокатку на
503
трубозаготовочном стане на диаметры 90-180 мм. Квадратные заго-
товки прошиваются в прессах или пресс-валковых станах.
Проведенные исследования процессов прокатки труб из круглой
сплошной и полой непрерывнолитых заготовок показали преимущест-
ва сплошных заготовок. Они обеспечили лучшие показатели по рас-
ходному коэффициенту металла и качеству некоторых видов труб.
Однако принципиально важный вывод о применении того или иного
вида заготовки требует дальнейших исследований в связи с наметив-
шимся улучшением качества полых заготовок.
Центробежнолитые гильзы используются как полые заготовки для
прокатки или прессования труб, а в некоторых случаях - как готовые
литые трубы после обточки наружной и расточки их внутренней по-
верхности. Гильзы получают наружным диаметром до 1000 мм и тол-
щиной стенки до 250 мм (в том числе из тру диоде формируемых мате-
риалов - диаметром до 400 мм). Их отливают монометаллическими
из различных сталей и сплавов или биметаллическими из различных
сочетаний металлов (например, углеродистой или легированной стали
с корроэионностойкой или износостойкой сталью) с толщиной плаки-
рующего слоя, составляющей 20—60% суммарной толщины стенки.
Применение центробежнолитых гильз в качестве трубных загото-
вок создает следующие преимущества: возможность получения труб
из малопластичных непрошиваемых сталей и сплавов на трубопрокат-
ных агрегатах, где исключается операции прошивки в стане винтовой
прокатки, приводящая к разрушениям металла из-за неблагоприятной
схемы напряженного состояния; исключение трудоемких операций
предварительной подготовки отдельных заготовок и сборки их при
производстве биметаллических труб. При прокатке особоответствен-
ных труб, например для энергетического машиностроения, произво-
дится обточка и расточка гильз; при каждой из этих операций снима-
ется слой металла до 10-15 % толщины стенки. В других случаях обточ-
ка и расточка могут не производиться, если предусмотрена механичес-
кая обработка поверхности труб после прокатки.
3. Нагрев заготовок перед прокаткой и подогрев
черновых труб
Нагрев металла перед прокаткой в настоящее время производится
преимущественно в кольцевых печах с вращающимся подом, в от-
дельных случаях - в секционных печах, печах с шагающими балками
или шагающим подом; постепенно выводятся из эксплуатации мето-
дические печи с наклонным подом.
Кольцевые печи осуществляют нагрев металла за время поворота
пода на 320-340*. Вращение пола прерывистое, единичный угол его
504
поворота соответствует шагу укладки заготовок. В момент остановки
пода с помощью клещевых захватов загрузочной и выгрузочной машин
производится ввод в печь и вывод из нее очередных заготовок. В за-
висимости от длины заготовок производится однорядная, двухрядная
или шахматная загрузка пода.
Горизонтальное расположение пода, герметичность печи благодаря
наличию водяного или песочного затвора пода и минимальному чис-
лу окон (только для загрузки, выгрузки, 1-2 контрольных), стационар-
ное положение заготовок на поде, что сохраняет первичную окалину
в процессе нагрева, - все это способствует уменьшению окалинообра-
зования. При нагреве углеродистых сталей коэффициент угара сос-
тавляет 0,5-1 %. Расположение заготовок с зазором друг относительно
друга и отсутствие подсасывания воздуха обеспечивают близкий к
равномерному нагрев заготовок по сечению и длине. Для сравнения:
в методических печах с наклонным монолитным подом (уклон 5-12 %)
необходимость перекатывания и кантовки заготовок и наличие окон
для этой цели по всей длине печи обусловливали отслаивание первич-
ной окалины, возможность подсасывания воздуха, особенно в нижних
высокотемпературных зонах; это приводило к повышенному угару
металла - до 3-4 % и подстуживанию концов заготовок.
В зависимости от диаметра кольцевых печей (15-50 м), ширины
пода (2-6 м) и тепловой мощности производительность этих печей
находится в пределах 10-180 т/ч.
Процесс прошивки, характеризующийся неблагоприятной схемой
напряженного состояния, требует строгого соблюдения оптимальной
температуры нагрева, при которой металл имеет максимальную плас-
тичнось. У углеродистых и низколегированных сталей в области тем-
ператур прокатки пластичность обычно плавно повышается с ростом
температуры; температура нагрева принимается максимально воз-
можной, ограниченной повышенным окалинообразованнем и пере-
гревом. Высоколегированные стали, сплавы и некоторые легирован-
ные стали обладают сложной зависимостью пластичности от темпера-
туры. Поэтому для них температурный интервал максимальной плас-
тичности определяется на основании предварительных лабораторных
испытаний (на кручение или методом винтовой прокатки конических
образцов).
Скорость нагрева заготовок из углеродистых и легированных ста-
лей в кольцевых печах на практике ограничена тепловой мощностью
печей, из высоколегированных сталей, кроме того, - термическими
напряжениями, которые могут привести к образованию трещин. Удель-
ная продолжительность нагрева обычно устанавливается в пределах:
для катаных заготовок из углеродистых и легированных сталей 5-
505
8 мин на 1 см диаметра заготовки, для слитков 10-12 мин/см, для за-
готовок из высоколегированных сталей 6-10 мин/см.
Секционные печи позволяют значительно интенсифицировать на-
грев. Печи содержат до 50 проходных секций и камеру выдержки.
Косорасположенные ролики рольганга, установленные между секция-
ми, обеспечивают транспортировку длинных штанг-заготовок через
печь с одновременным их вращением. Скоростной нагрев происходит
благодаря высокой температуре внутри секций (1400-1500 *С) и всесто-
роннему подводу тепла; удельная продолжительность нагрева угле-
родистых сталей может быть снижена до 1-1,3 мин/см. Недостатком
секционного нагрева является повышенный расход топлива и угар
металла.
Для уменьшения удельных энергозатрат на отдельных агрегатах,
построенных в последние годы, применен двухстадийный нагрев за-
готовок перед деформацией, например, предварительный нагрев
(до 700-900 *С) - в печи с шагающими балками, окончательный - в
кольцевой печи.
Начальный нагрев металла в ряде случаев оказывается недоста-
точным для осуществления всех операций прокатки при рациональ-
ных температурах. Для промежуточного подогрева и выравнивания
температуры перед раскатными станами на крупных трубопрокатных
агрегатах устанавливаются кольцевые или камерные печи. Как пра-
вило, производится подогрев черновых труб перед редуцированием
или калиброванием. Здесь используются печи с шагающими балками,
секционные, а также индукционные.
В печах с шагающими балками длина нагреваемых труб ограничена
шириной пода печи. В проходных печах (секционных, индукционных)
длина труб не ограничена. Индукционные печи, кроме того, предпочти-
тельны с точки зрения габаритов, окалинообразования и экологичес-
ких условия, однако требуют больших капитальных затрат на уста-
новку.
4. Прошивка заготовок
Прошивка в станах винтовой прокатки
При винтовой прокатке деформируемый металл имеет одновременно
движение вдоль оси прокатки ОХ и вращательное движение вокруг
нее (рис. 223), при этом каждая точка перемещается по пространствен-
ной спирали (винтовой линии) с переменными в очаге деформации
радиусом г, осевой скоростью угловой (J, тангенциальной скоростью
vy = ыг и шагом подачи L. Такой характер движения металла достига-
ется за счет одинакового направления вращения валков и наклона
506
fe. 223, Схема процесса винтоаой прокатки:
е - продольное еечение очага деформации; б - поперечяое сечение; в - изменение ско-
ростей металла по длине очага деформации
оси каждого из валков к оси прокатки на угол подачи а. Наклон
осей является принципиальной особенностью станов винтовой про-
катки, в связи с чем их называют также косовалковыми.
Угол подачи образуется при повороте оси валка вокруг оси OZ,
перпендикулярной оси прокатки ОХ (рис. 224). Для возможности та-
кого поворота в наиболее распространенном типе станов валок смон-
тирован в барабане, который может плавно поворачиваться внутри
станины я фиксироваться в ней при требуемом угле и. В станах раз-
ной конструкции и назначения валки устанавливаются на углы пода-
чи от 2’ до 40*.
Благодаря указанному повороту вектор окружной скорости валка
и в каждой точке контактной поверхности его с металлом может быть
разложен на три составляющие: осевую составляющую их, которая
обусловливает движение металла вдоль оси прокатки (приближенно
их = u since); тангенциальную иу, обусловливающую вращение метал-
ла (иу = и cos а); радиальную иг - скорость деформировании.
Составляющие скорости металла Уп Vy и vt отличаются от ида иу и
ur На контактной поверхности возникает скольжение, величину ко-
торого характеризуют коэффициентами скорости. Например, коэффи-
циент осевой скорости т)0 = Vj/Uj, где Vj и - осевые составляющие
скорости металла и валка в сечении выхода из очага деформации.
В различных процессах винтовой прокатки т)0 = 0,4-1,1 и зависит от
материала прокатываемой заготовки (меньше для высоколегирован-
507
Рк.234. Схема установки валка стана винтовой прокатки м угол подачи и разложения
вектора окружной скорости валка:
1 - станина рабочей клети; 2 - крышка станины с устройством для фиксации барабана;
3 - барабан; 4 - валок с подшипниками и подушками; 5 - контактная поверхность ме-
талла с валком; 6 - деформируемый металл
пых сталей), калибровки техно логического инструмента, состояния
его поверхности, настройки стана.
Прошивка сплошной заготовки в полую гильзу является наиболее
распространенным процессом винтовой прокатки. Она может осущест-
вляться в двух- или трехвалковых станах.
На современных трубопрокатных агрегатах для прошивки загото-
вок из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей
практически повсеместно применяют двухвалковые станы. Очаг де-
формации в таком стане (рис. 225) образован валками, свободновращаю-
щейся оправкой и направляющим инструментом (обычно в виде не-
подвижных профилированных линеек, в некоторых случаях - вращаю-
щихся роликов или дисков). Оправка удерживается в осевом направ-
лении стержнем и упорно-регулировочным механизмом. Линейки
своими боковыми поверхностями прилегают к валкам и создают тем
самым закрытый "калибр” стана, что позволяет прошивать тонкостен-
ные гильзы. Диапазон получаемых гильз в прошивном стане с направ-
ляющими линейками соответствует dt/sT = 4 + 20 при коэффициенте
вытяжки К = 1,1+5. Ролики или диски имеют большую износостой-
кость, но ограничивают тонкостенность.
В направлении прошивки очаг деформации разделяется на четыре
зоны. В зоне I - от сечения первичного захвата до встречи с носком
508
fe. 225. Очаг деформации в двухвалковом прошивном стане:
I, в - продольные ееадиия в плоскости линеек (а) и валков (С); в - поперечные сечения;
1 — валок; 2 — оправка; 3 - направляющая линейка; 4 - стержень; S - упорнорегулиро-
•очный механизм; 5, 7 - направляющие ролик и даек
оправки - производится обжатие сплошной заготовки по диаметру.
1еформация протекает при сравнительно узких контактных поверх-
ностях металла с валками, что вызывает неравномерное обжатие в
поперечном сечении. При вращении заготовки создается периферий-
ный кольцевой слой, деформируемый более интенсивно, чем централь-
ная зона. Стремясь увеличить периметр, этот слой приводит к появ-
1ению в центральном объеме растягивающих напряжений, перпенди-
кулярных линий приложения сил со стороны валков. По мере обжатия
изготовки происходит, с одной стороны, увеличение растягивающих
спряжений, с другой - накопление повреждений (микропор, микро-
трещин), являющихся результатом пластической деформации. Если
будет достигнуто обжатие по диаметру Екр, называемое критическим
обжатием, то произойдет полное использование запаса пластичности
и образуются макроразрушения в виде трещин и полости в осевой
юне заготовки. Разрушенные участки металла, раскатываясь на оправ-
ке при дальнейшей прошивке, превращаются в плены на внутренней
юверхностн гильз; плены сохраняются в последующих станах и при-
водят к браку труб. Поэтому процесс прошивки необходимо вести так,
509
чтобы критическое обжатие не достигалось. Указанное требует, чтобы
обжатие перед носком оправки Ео = (d3 - d0)/d3, устанавливаемое при
настройке стана, было меньше критического (е0 < Е^р).
Критические обжатия, установленные на основании испытаний спе-
циальных образцов в стандартных условиях, составляют:
для углеродистых и низколегированных сталей 10-16% и более;
для высоколегированных сталей и хромоникелевых сплавов 7-12%
и ниже.
В зоне П сплошная заготовка прошивается носком оправки. Внед-
рение его в центральную часть сечения значительно облегчено наличи-
ем в ней растягивающих напряжений. В зоне III происходит постепен-
ное обжатие стенки заготовки-гильзы в сужающемся зазоре между вал-
ками и оправкой. Здесь оправка играет роль внутреннего неприводно-
го валка, вращающегося за счет контакта с металлом. На протяжении
зон II. и III овализация гильзы ограничена направляющими линейками;
расстояние между линейками определяет периметр (и диаметр) гиль-
зы. К концу зоны III гильза имеет овальное поперечное сечение, кото-
рое округляется в зоне IV за счет обкатки валками.
В трехвалковом стане очаг деформации аналогичен описанному.
Преимущества трехвалковых станов: меньшее развитие растягивающих
напряжений в центральной зоне и поэтому большее екр, лучшее качест-
во внутренней поверхности гильз, возможность прошивки менее плас-
тичных сталей и сплавов; отсутствие направляющего инструмента,
лучшее качество наружной поверхности. Недостатком является от-
сутствие возможности прошивки тонкостенных гильз, так как ’’калибр”
не закрыт.
Скорость прошивки
*1 = и sin а По = (п Dj п/60) sin а По (373)
определяется углом подачн я, частотой вращения валков п и их диа-
метром О, в сечении выхода из очага деформации, коэффициентом
осевой скорости По.
Наиболее радикальным методом влияния на процесс является уве-
личение угла подачи, оказывающее двоякое воздействие: увеличение
скорости прошивки и, соответственно, производительности стана;
увеличение критического обжатия Екр и улучшение качества гильз.
Увеличение происходит как пропорционально sin а, так и за счет
роста По с увеличением я. Рост силовых параметров при этом ограни-
чивает увеличение я и поэтому параллельно пользуются увеличением
п, приводящим, однако, к снижению По- На практике применяют опти-
мальные сочетания я и л. Увеличение £кр с ростом а связано со сниже-
нием числа циклов деформации (полуоборотов заготовки) перед нос-
ком оправки, так как шаг подачи Lx на этом участке пропорционален я:
510
I.x x л dr tg а В связи с указанным в действующих в трубной
промышленности прошивных станах применяемые углы подачи за
последнее время подняты с 8-10“ до 11-15’. При окружной скорости
валков 4-6 м/с скорость прошивки vt = 0,5 * 1 м/с.
С целью оптимизации различных процессов по расходу энергии,
качеству гильз в некоторых агрегатах используются прошивные станы,
в которых наряду с поворотом валков на основной технологический
угол - угол подачи а - осуществлен дополнительный поворот валка
на угол раскатки р (рис. 226). По углу р станы классифицированы на
станы с бочковидными валками (•р = 0), с грибовидными (Р > 0) и чаше-
пидными валками (р < 0). Для установки в стан валков с заданным
углом р изготавливаются соответствующие этим углам барабаны,
поэтому плавная регулировка угпа р в отличие от угла а не может
производиться. Действующие прошивные станы и элонгаторы в основ-
ном имеют р = 0. В различных конструкциях современных прошивных
и раскатных станов р = - 50’ -* +30“.
Возможность осуществления процесса прошивки определяется ус-
ловиями захвата. Захват разделяется на 2 стадии: первичный и вто-
ричный. Первичный захват включает период от момента касания за-
готовки с валками до начала ее устойчивого винтового перемещения.
При винтовой прокатке, в отличие от продольной, при захвате должны
быть одновременно соблюдены два условия: условие осевого втяги-
вания металла валками (определяемое равновесием осевых составляю-
щих сил трения и нормальных сил) и условие вращении (определяемое
равновесием моментов тангенциальных составляющих этих сил отно-
сительно оси прокатки). Учитывая небольшую величину угпа фх (2-5’),
условия первичного захвата, как правило, устойчивы; нарушение мо-
жет возникнуть только при больших скоростях заталкивания заго-
товки, когда образуется широкая площадка смятия и нарушаются
условия вращения.
Вторичный захват включает в себя период внедрения в металл оп-
равки. Нарушение его проявляется в прекращении осевого движения
заготовки. Наиболее неблагоприятное соотношение усилий подачи и
сопротивления оправки наблюдается в период внедрения носка оправ-
ки в торец нецентрованной заготовки (рис. 222, б). Существенное влия-
ние на вторичный захват оказывает величина настроечного обжатия
е0. Уменьшение с0 приводит к снижению растягивающих напряжений
в центре заготовки и росту сопротивления оправки; одновременно
уменьшается длина контакта | (или Г) и усилие подачи валками. Ми-
нимальное обжатие E0.min, при котором захват нарушается, зависит
от состояния поверхности валков, материала заготовки, угпа фх и на-
ходится в пределах 3-6% (меньше у заготовок из углеродистых ста-
511
Рж. ЗЭ6. Размещение валке в барабане станов винтовой прокатки различного типа: е бел-
ковидными валками (₽ = в), грибовидными (0 > 0) и чашевидными (₽ < 0). Направлетва
прокатки - слева направо
лей на шероховатых или насеченных валках). Условием устойчивого
вторичного захвата является е„ > EOiinin.
Настройка прошивного стана определяется расстоянием между
валками и линейками и установкой оправки. Получение гильзы за-
данных размеров dr X sr из заготовки диаметром ds может быть осу-
ществлено при разных настройках, в которые заложены различные
обжатия Со Поэтому для рациональной настройки требуется, в первую
очередь, выбрать оптимальное значение Совместно рассматривая
условия вторичного захвата и центрального разрушения, получаем
соотношение
eojnin < ео < скр- (374)
Выбор е0 в указанных пределах вкрывает противоречие процес-
са, заключающееся в противоположном характере влияния ев на по-
казатели прошивки: с одной стороны, рост е0 повышает устойчивость
захвата, коэффициент осевой скорости и производительность стана,
с другой - увеличивает вероятность разрушения металла и получение
брака. Практически при расчете таблиц прокатки настроечное обжа-
тие принимается в пределах 3-8 %.
Если при прошивка малопластичных и труднодеформнруемых ста-
ней или сплавов, а также литого металла создать условие (374) не
удается, т.е. методом винтовой прокатки получить бездефектные гиль-
зы невозможно, то применяют прошивку в прессе, пресс-валковом
стане, центробежную отливку гильз или сверление заготовки.
Прошивка в прессе
Для получения осевого отверстия в заготовке путем прессовой
прошивки используются два метода:
открытая прошивка, при которой боковая поверхность заготовки не
ограничена инструментом в процессе деформации (рис. 227, о);
512
ри.откр
hr. 237. Стал! прсцосмв прессовой прошивки:
а - открытой прошивки; б - нарастающей (мкрымй); в — эишпвякицей; 1 — прошивной
ггуаисан (иги); 3 - контейнер; 3 - опорный пуаяеон (штриховой линией показана исход-
ная заготовка)
прошивка в контейнере, определяющем наружный диаметр гильзы.
В трубном производстве применяют только прошивку в контейнере.
Преимущества прессовой прошивки обусловлены схемой всесто-
роннего сжатия, повышающей пластичность металла. Вместе с тем,
сравнивая условия внедрения в металле носка оправки прошивного
стана и прошивного пуансона (иглы) пресса, видим, что различие схем
напряженного состояния создает и большое различие контактных
напряжений на торце внедряемого инструмента. Если на носке оправки
ов - (0,2 + 0,8) от, то на игле оя = (4 * 5) от. Большое усилие на иглу
вызывает ее изгиб и приводит к разностенности гильзы. В связи с этим
длина прошиваемых в прессе гильз ограничена: при прошивке высоко-
легированных сталей отношение длины гильзы к диаметру иглы
!r/dK < 5 t б, углеродистых сталей <7*8. Отсюда следует, что процесс
прессовой прошивки рационален в технологических схемах, где тре-
буется: получение коротких особотолстостеяных гильз из металлов
с низкой пластичностью перед операциями с большими вытяжками -
прессованием, пилигримовой прокаткой; получение гильз с доныш-
ком - стаканов - перед операциями, в которых донышко выполняет
технологическую функцию, например, для упора оправки при про-
алкивании гильзы через роликовые обоймы реечного стана.
В зависимости от формы сечепия заготовки (круглая, квадратвная,
многогранная) и ее состояния (предварительно деформированный
металл, слиток с рыхлостью и усадочной раковиной) процесс прошив-
ки в контейнере имеет две разновидности:
513
ма
Рж. 72». Схема очага деформиии при прошивке иглой с плоским торцом:
1 - очаг деформация (J,«, 1,6 - аоны умеренной и интенсивной деформации; 1,в - зове
аатруднвнной деформация - ’мертвая зове"); 2 - упругодаформировакный объем; 3 -
педефсрмируемый объем прошитой части заготовки
[.Нарастающая (закрытая) прошивка круглой заготовки (рис.227,6) -
процесс с увеличением длины гильзы по сравнению с заготовкой
(X = 1,1 * 1,4) за счет течения смещенного из-под иглы металла в коль-
цевой зазор между контейнером и иглой. Процессу нарастающей про-
шивки предшествует распрессовка (осадка) заготовки в контейнере
до полного заполнения первоначальных зазоров, требовавшихся для
ввода заготовки в контейнер; распрессовка обеспечивает соосность
контейнера, заготовки и иглы, что повышает точность гильз. Процесс
применяется при производстве труб прессованием.
2. Заполняющая прошивка (рис. 227, в] - процесс с течением смещен-
ного металла в зазоры между боковыми поверхностями исходной
некруглой заготовки и контейнером или с течением в зону усадочной
раковины и рыхлости с сохранеивем длины при деформации (X = 1);
если смещенный объем больше свободного, то наблюдается комбини-
рованный процесс с переходом от заполняющей к нарастающей про-
шивке. За счет исключения трения металла о стенки контейнера за-
полняющая прошивка требует усилия, приложенного к игле, меньшего,
чем нарастающая: Рилап - (0,7 + 0,9) Ри,н»р-
На трубопрокатных агрегатах применяется процесс заполняющей
прошивки многогранных слитков, киадратных непрерывнолитых и
катаных заготовок. Деформация осуществляется в глухом (с закрытым
дном) контейнере, поэтому полная прошивка не достигается и в ре-
зультате получаем стакан. Схема деформации металла показана на
рис. 228. Высота очага деформации hn зависит от отношения dK/dH и
514
калибровки иглы. Для игл с плоским торцом с d„/dB = 0,3 * 0,6, приме-
няемых на практике, высота йд = (0,5 + 1) dH, причем hR/dK снижается
с ростом dn/dt. При движении иглы металл обтекает "мертвую зону”,
□ысота которой h^, составляющая (0,2- 0,5) Ьд, увеличивается с рос-
том dH. В случае использования не плоских, а достаточно выпуклых
торцов игл ’’мертвая зона” не образуется, усилие прошивки несколько
снижается, однако такие иглы из-за непосредственного контакта с
интенсивно деформируемым металлом быстро изнашиваются.
В течение почти всего процесса высота очага деформации и усилие
прошивки сохраняются примерно постоянными. С момента подхода
иглы на расстояние hR к дну контейнера начинается интенсивный рост
усилия, связанный с возникновением течения металла и трения от-
носительно диа контейнера, а затем и торца иглы. От величины огра-
ничения усилия прошивки зависит толщина донышка получаемого
стакана.
Прошивка в пресс-валкоеом стане
Пресс-валковый стан (рис. 229) предназначен для прошивки квад-
ратных непрерывнолитых заготовок. В процессе деформации происхо-
дит продольное перемещевие заготовки, осуществляемое за счет уси-
лий прокатки в двухвалковой приводной клети и усилия толкателя.
Сам процесс аналогичен заполняющей прессовой прошивке, в коп
рой роль контейнера выполняют стенки калибра, и характеризуется
всесторонним сжатием перед оправкой. При подходе толкателя к
оправке процесс прекращается, завершаясь формированием стакана.
Исходи из условий проработки литой структуры, создания на вал-
Гие. 229. Схема стана и процесса пркс-вапковой прошивки:
I - двухвалковая клеть продольной прокатки; 2 - оправка; 3 - сяржазь-, 4 - упорно-
кулировочный механизм; 3 - толкатель; б - роликовые проводки для направления и
апибрования ребер заготовки; 7 - пеятровагели стержня и гильзы
515
кях достаточных контактных поверхностей и движущих усилий, сохра-
нения устойчивости стежня оправки, процесс пресс-валковой прошив-
ки рассчитывают таким образом, чтобы сторона задаваемой квадратной
заготовки была равна примерно 0,8 диаметра калибра (вместо
0,71 для вписанного квадрата), а диаметр оправки - 0,5 при этом
коэффициент вытяжки к = 1,1 + 1,2. Внедрение оправки, как и при
прессовой прошивке, приводит к интенсивной проработке металла
у внутренней поверхности гильзы, а дополнительное обжатие валка-
мн-к проработке у наружной поверхности. Всестороннее сжатие
перед оправкой приводит к завариванию осевой пористости заготовки.
Недостатками пресс-валковой прошивки по сравнению с винтовой
являются повышенная разностеппость я существенно ограниченная
длина гильз, а также возможность получения только одного диаметра
гильз из заданной заготовки. Если в прошивном стане благодаря растя-
гивающим напряжениям в центральной зоне и, тем самым, эффекту са-
моцентровки оправки по оси заготовки можно прокатывать гильзы
с отношением длины к внутреннему диаметру lr/dnnr < 100 при разно-
стеипости ве более 15 %, то отсутствие такого эффекта при пресс-вал-
ковой прошивке из-за всестороннего сжатия приводит к повышенной
разностенности гильз - до 30 % и более, что заставляет получать их
с < 35. Указанное ограничение делает процесс пресс-валковой
прошивки рациональным при получения гильз большого диаметра.
Предварительная раскатка гильз в станах винтовой прокатки
Полученный в прессе или пресс-валковом стане короткий особотол-
стостенный стакан перед операцией прокатки черновой трубы в раскат-
ном стане и для получения рациональной вытяжки в нем проходит
предварительную деформацию в стане-удлинителе (элоигаторе).
Элонгатор представляет собой двух- или трехвалковый стан вин-
товой прокатки. Обжатие в нем производится обычно на короткой
оправке, закрепленной в осевом направлении (рис. 230), на некоторых
трехвалковых станах - на длинной оправке, перемещающейся в про-
цессе деформации. Стержень короткой оправки и упорно-регулировоч-
ный механизм устанавливают на выходной или входной стороне стане,
что зависит от необходимости прошивки или сохранения донышка ста-
кана. Схема стана, показанная на рис. 230, относится к конструкции
элонгатора, устанавливаемого в составе агрегатов с пилигримовым
или непрерывным оправочным станом, где донышко прошивается.
В элонгаторе производится уменьшение наружного диаметра и тол-
щины стенки стакана, коэффициент вытяжки X = 1,7 *2,3. Очаг дефор-
мации включает три эоны: 1 - безоправочной прокатки (редуцирования)
полой заготовки, П - раскатки на оправке, Ш - округления и вырав-
516
Fk. 2M. Продольное сечение ечдге деформации в еппе-удвянитепе (аловгморе)
кивания гильзы. Как и при винтовой прошивке, в элонгаторе наиболее
сложной по напряженно-деформированному состоянию является зо-
на 1. Схема напряжений и деформаций здесь зависит от степени тонко-
стадности полой заготовки. У особотолстостенных заготовок с dc/sc =
4 + 5 неравномерность деформации по толщине стенки приводит к
появлению растягивающих напряжений у внутренней поверхности,
что, в свою очередь, ведет к утонению стенки. У заготовок с dc/se > 5
деформация более равномерна, растягивающие напряжения не воз-
никают, происходит утолщение стенки. При прокатке стаканов с боль-
шой поперечной разностенностью, имеющих по периметру участки с
более толстой и тонкой стенкой, указанный характер деформации
обусловливает существенное (до 2-3 раз) снижение разносгенности.
Это является важным эфектом прокатки в элонгаторе.
При производстве труб большого диаметра на агрегатах с автома-
тическим станом получение гильзы осуществляется в двух последо-
вательно установленных, аналогичных по конструкции станах винто-
ной прокатки. В первом стане заготовка прошивается в толстостенную
гильзу. Во втором стане, процесс в котором называют вторичной про-
шивкой, толстостепная гильза раскатывается в тонкостенную с обжа-
тием по толщине стенки до 70%, причем, в случае необходимое я,
со значительным увеличением (расширением) диаметра - до 2 %
(рис. 231). Для осуществления расширения валки выполняются с углом
Рж. 231. Продольное сечение очап деформации при вторичной прошивке
517
выходного конуса (р2 большим, чем угол входного конуса Фг Обжа-
тие по диаметру в зоне I, как и в элонгаторе, сопровождается появле-
нием растягивающих напряжений, С целью предотвращения образо-
вания трещин на внутренней поверхности гильз при вторичной про-
шивке высоколегированных сталей это обжатие ограничивают величи-
ной 2-5%. При указанных минимальных обжатиях перед оправкой
условия захвата полых гильз нс нарушаются.
5. Раскатка гильз в черновые трубы
Операция раскатки, выполняемая с целью обжатия гильзы по диа-
метру и толщине стенки, осуществляется в станах продольной прокат-
ки (в круглых с выпусками либо овальных калибрах) или в станах
зинтовой прокатки. Обжатие стенки производится на оправках раз-
личных типов - коротких неподвижных, длинных свободноплаваю-
щих или перемещаемых с заданной скоростью.
Продольная прокатка в круглом калибре на короткой
неподвижной оправке
Очаг деформации при прокатке на короткой оправке (рис. 232) сос-
тоит из двух зон: 1 - редуцирования, П - обжатия стенки. Оправка
опирается на стержень и упорно-регулировочный механизм, с помощью
которого ока устанавливается так, чтобы под нагрузкой середина
калибрующего цилиндрического пояска совпадала с пинией центров
валков. В процессе прокатки оправка смазывается обычно поварен-
ной солью, забрасываемой в сухом виде в гильзу непосредственно
перед прокаткой и быстро плавящейся.
Прокатка на короткой оправке осуществляется в раскатных ста-
ta. 232. Схем» очага деформации при прокатке в круглом калибре ла короткой оправке:
1 - валок; 2 - оправка; 3 - стержень
518
Рпе, 233. Последовательность отерший на автоматическом стане:
а - прокатка; Е - выдача трубы го етержкя ка входной скид 1 - рабочие валки; 2 - оправ-
ка со ’спутником”; 3 - ролики обратной подачи; 4 ~ стержень; 5 - упорно-регулировоч-
ный механизм; 6 - механизм установки оправки; 4В и 4р - межосевые расстояния вал-
ков и роликов
нах двух разновидностей: в одноклетевом нереверсивном автомати-
ческом стане (рис. 233), в котором прокатка производится в одном
калибре в два прохода, с возвратом трубы на входную сторону стана
через разведенный калибр с помощью роликов обратной подачи, с
кантовкой трубы между проходами; в двухклетевом стане тандем,
в каждой из последовательно установленных клетей которого произ-
водится по одному проходу, с выдачей трубы из стана роликами в
направлении прокатки при отведенном упоре стержня, с кантовкой
перед второй клетью. Прокатка в два прохода с кантовкой между ними
необходима для обжатия стенки гильзы по всему периметру и получе-
ния минимальной разностенности. В каждом же проходе деформация
неравномерна, стенка в вершине калибра становится меньшей, чем в
выпусках, и, таким образом, наводится симметричная разностенность.
Для снижения ее применяют ’’узкие" калибры с овальностью &к/</к
- 1,04 * 1,08.
Величина обжатия по толщине стенки ограничена двумя условиями:
захватом гильз и образованием дефектов на внутренней поверхности
труб. При продольной прокатке на оправке, как и винтовой прокатке,
захват разделяется на первичный и вторичный. Затруднен вторичный
иахват, когда против хода прокатки направлены нормальные усилия
на валке и оправке и сипы трения на оправке. Для обеспечения вторич-
ного захвата должна быть предусмотрена зона редуцирования доста-
точной протяженности, с увеличением которой втягивающие усилия
на валках увеличиваются. Однако при прокатке в узких калибрах эта
зона ограничена, так как диаметр гильзы не может быть больше ши-
519
рины калибра. Реально обжатие Д$ = 2,5 + 4 мм, коэффициент вытяжки
за два прохода X = 1,15 + 2,0. Меньшие обжатия относятся к прокатки
труб из коррозионностойких сталей, меныпие вытяжки - к прокатке
толстостенных труб. Трубы прокатываются длиной до 11-13 м.
Образование дефектов внутренней поверхности труб связано с
тяжелыми условиями работы неподвижных оправок. В процессе дефор-
мации происходит разогрев их поверхностных слоев до 600 *С и более,
наблюдается налипание деформируемого металла на оправку. Ока-
лина, собирающаяся перед оправкой, а также налипшие частицы, ох-
лаждающиеся в паузах, наносят при последующей прокатке порезы
(риски) на внутренней поверхности труб, что снижает их качество.
Указанные явления лимитируют не только обжатие, но и длину полу-
чаемых труб в короткооправочных станах.
Наряду с приведенными недостатками, процесс прокатки на корот-
кой оправке имеет и важные достоинства. Они заключаются в малых
размерах оправок, невысокой их стоимости благодаря получению
литьем, возможности изготовления из различных сталей и сплавов.
Большой парк оправок позволяет получать трубы широкого размер-
ного сортамента из углеродистых, легированных и высоколегирован-
ных сталей и сплавов. Короткооправочные станы обладают высокой
маневренностью, заключающейся в быстрых переходах на прокатку
новых размеров труб, особенно по толщине стенки, что позволяет
прокатывать малотоннажные партии труб. Эти преимущества опреде-
лили широкое использование короткооправочных станов.
Продольная прокатка в непрерывном стане на длинной оправке
Непрерывные трубопрокатные станы, осуществляющие раскатку
гильз на длинных подвижных цилиндрических оправках, имеют в сво-
ем составе 7-9 двухвалковых клетей, расположенных пол углом 45* к
горизонту и 90* друг к другу (рис. 234). Оправки применяются
свободноплавающие и удерживаемые. Удерживаемые оправки переме-
щаются с замедленной (по сравнению со свободноплавающей) скоростью
с помощью специального механизма на входной стороне стана. Про-
катка ведется в широких калибрах с овальностью 1,20-1,25; такие
калибры и повышенный периметр трубы в них обеспечивают получе-
ние в чистовой клети зазора между трубой и оправкой (см. рис. 234,
клеть ”п”), что значительно снижает усилие извлечения оправки из
трубы после окончания процессе прокатки. Применяется смазка оп-
равки - обычно трилолифосфат натрия, наносимый путем набрызги-
вания его раствора на нагретую (130’-150е) поверхность оправки пе-
ред вводом ее в гильзу.
Многоклетевой непрерывный стан обладает высокой обжимной спо-
собностью по сравнению, например, с автоматическим станом. Сум-
520
Рже. 234. Схема установитеоея процесса непрерывной прокатки труб на длинной ци-
линдрической оправке
Ов - диаметр бочки валка; Dli>>n - диаметр валка по вершине калибра (1-я - вомер*
клетей)
марное обжатие при прокатке труб с различной толщиной стенки сос-
тавляет As/$ = 60 * 80 %, общий коэффициент вытяжки X 3 •> 7. Основ-
ная деформации производится в обжимной группе клетей, калибрую-
щая группа выравнивает стенку и повышает точность труб (рис. 235).
Наиболее рациональным является скоростной режим, обеспечивающий
свободную прокатку, так как натяжение снижает заполнение калиб-
ра, увеличивает охват оправки и усилие ее извлечения, а подпор мо-
жет привести к переполнению калибра, а также к потере продольной
устойчивости трубы в межклетевом промежутке, образованию гофров
(“гармошки”) и нарушению процесса.
Свободноплавающая оправка движется под действием сил трения,
возникающих на контакте ее с гильзой в очаге деформации (в клетях)
Рж. 235. Распределение обжатий по толщина стели (по вершине калибра) и кдаффицивя-
юв вытяжки при прокати тонкостенных труб в ^клетевом непрерывном оправочном
ставе:
1,11—обжимная и калябруютая группы клетей
521
Рж.Ж Относительное положение деформируемого металла и свободисппввахядей оправ-
ки м различных стадиях процесса в непрерывном стаяв (1-9 - номера клетей)
и в межклетевых промежутках. Скорость оправки одинакова в
любой точке, скорость же деформируемого металла v нарастает по
длине очага деформации в каждой клети и в стане в целом. В связи
с этим на контакте металла с оправкой возникает относительное сколь-
жение с наличием нейтрального сечения, где v = vonp. До этого сечения
располагается зона отставания металла от оправки, после него - зо-
на опережения. В процессе прокатки передний торец трубы вначале
приближается к переднему концу оправки, затем сползает с него на
величину(рис. 236), в это же время задний торец приближается к
хвостовику оправки. Указанные закономерности относительного дви-
жения металла и оправки накладывают определенные условия на
взаимное положение гильзы и оправки, определяемое выдвижением
/в, при задаче их в стан.
Для получения труб максимально возможной длины на оправке с
заданной рабочей длиной /опр>р необходимо повысить величину спол-
зания /щ. Это достигается увеличением обжатия в первых клетях
стана, что приводит к росту в них усилий прокатки, большему зажа-
тию оправки и снижению ее скорости. Благодаря рациональному пе-
рераспределению обжатий в 9-клетевом стане на свободноплавающей
оправке длиной 19,5 м (/опр>р * 18 м) достигнуто получение труб дли-
ной 33 м.
Применение удерживаемой замедленно перемещаемой оправки,
на которой нейтральное сечение отсутствует и металл на всей длине
опережает оправку, позволяет получать трубы длиной до 40-50 м при
меньшей, чем свободноплавающая, длине оправки.
Процесс непрерывной оправочной прокатки обладает рядом пре-
имуществ: высокой скоростью прокатки - до 6,5 м/с, получением длин-
522
пых труб и, следовательно, высокой производительностью; высоким
качеством внутренней поверхности труб и более высокой точностью
:олщины стенки по сравнению с трубами, прокатанными на короткой
оправке. Недостатком ииляется ограниченность размерного сортамен-
та (1-2 размера по диаметру, толщина стенки 3,5-8 мм), расширение
которого трабует чрезмерного увеличения количества валков и опра-
вок, а также ограниченность марочного сортамента (углеродистые и
низколегированные стали), расширение которого приводит к сниже-
нию стойкости инструмента. Это обусловливает низкую маневренность
стана и эффективность прокатки только массовых партий труб.
Продольная периодическая прокатка в пилигримоеом стане
Прокатка в пилигримовом стане является одной из разновидностей
процесса продольной периодической (шаговой) прокатки, осущест-
вляемой в валках с переменным радиусом. Ее особенностями явля-
ются: циклическая обработка металла определенными порциями (по-
дачами) за каждый оборот валков (рис. 257) с небольшими частными
и большой суммарной деформацией, при которой коэффициент вытяжки
от гильзы к трубе X = 8 * 15, т.е. достигает весьма больших значений;
за один цикл гильза задается в валки на величину подачи m = 12 +
40 мм, а в результате деформации труба удлиняется на величину
тХ, называемую линейным смешением] направление прокатки и вра-
щения валков противоположно направлению подачи гильзы в валки,
в связи с чем каждый цикл разделяется на два периода: рабочий ход
Гие. 237. Схема прокатки в пилигримовом маке:
/ - валок; 2 - гнпьае; 3 - труба; 4 - очаг деформации (рабочий конус) длиной fOiH; 5 -
гмльгерголовка; 6 - оправка (дорл); 7 - замок оправки и шток подающего аппарата; 8 -
кольцо для упора гильзы при прокатке и удержания ее при извлечении оправки; 9 - оме-
.ценный объем металла, в данном цикле (равный объему подачи); 9', 9" - то же в пред-
последних циклах. Стрелками показано направление вращения валков; двойной штрихов-
кой показан объем подачи Уп = niFr - m XFt
523
Рас. 2Л Валок пялктримового пип (плккмм линиями пвкшяк! - плыв: 2 — опрввм)
(собственно прокатку металла валками) и холостой обратный ход
металла (благодаря действию подающего аппарата).
Форма ручья валка пилигримового стана показана на рис. 238. По
периметру валка ручей делится на две части: рабочую, осуществляю-
щую прокатку, ограниченную центральным углом 0р; холостую часть
(зев), не контактирующую с металлом, ограниченную углом 0Х.
Рабочая часть ручья включает три участка;
боек с углом 0g = 60 * 75*, имеющий переменный радиус по вершине
калибра, нарастающий от Ro до Rn, переменную высоту калибра, умень-
шающуюся от я 2 гг до 2гг; на этом участке производится основная
деформации по диаметру и толщине стенки, формируется рабочий
конус;
полирующий (калибрующий) участок с углом 0П = 105*^120*, на
котором производится окончательное формирование размеров черно-
вой трубы, имеющий постоянные радиус RB и высоту калибра 2гт;
продольный выпуск с углом 0Пл = 15’ + 25" и плавным уменьше-
нием радиуса валка от Rn до Яв на 1,5-2 мм, благодаря чему проис-
ходит постепенный отрыв трубы от валка.
Схема деформации металла за один цикл пилигримовой прокатки
показана на рис. 239. В процессе прокатки происходит движение ме-
талла и оправки в сторону подающего аппарата. Величина полного
отката 10 определяется углом 0р = 0g + 0П + 0пл> После освобождения
трубы валком подающий аппарат производит возврат ее совместно
с оправкой в предыдущее исходное положение на расстояние 1В 10,
их кантовку и дополнительное перемещение на величину подачи m в
новое исходное положение. Двойное перемещение /в + m производится
524
яие прелегки тюпврухдцнм учкнсом; г - ветври и подач» гмьяа в новое исходное но-
поженив в период прохождения холостого учюте вика; 1 - вавок; 2 - ощипка; 3 -
.СОЛЬДО
за время поворота валка на угол 9Х; для создания достаточного отрез-
ка времени в течение которого необходимо выполнить это переме-
щение, должно соблюдаться условие flx > 150 + 160'.
Описанный циклический процесс относится к "установившейся”
стадии пилигримовой покатки. Ей предшествует неустановившаяся
стадия - "затравка”, в процессе которой на переднем конце гильзы
должен быть сформирован рабочий конус. На первой стадии затравки
деформации переднего конца гильзы производится за счет ударов
бойковой частью валка, то есть на этой сталии пилигримовый процесс,
525
Рж. Ж Вил трубы после прокатки в пилитримовом ставе
- пилыерголовка (с недокмаяной частью гилыы); /голн - годная часть трубы; /т -
мерная труба; <3 - затравочный конец трубы
по существу, представляет собой процесс ковки. При этом откат и
кантовка гильзы переменные, производится уменьшенная подача,
отсутствует синхронность перемещения гильзы и поворота валков.
По мере образования рабочего конуса происходит постепенный пере-
ход от ковки к захвату металла и его прокатке. Создание полного ра-
бочего конуса, осуществляемое за 6-12 и более оборотов валков,
позволяет перейти к установившейся сталии с синхронным движением
гильзы и вращением валков.
После окончания прокатки всей трубы она имеет вид, показанный
на рис. 240. Для предохранения валков от удара по упорному кольцу
на конце гильзы оставляют недокатанный участок (пильгерголовку).
В нем при производстве труб из слитков сосредоточивается загряз-
ненный металл из головной их части. Затравочный конец и пилъгер-
головку обрезают. Годную часть трубы, имеющую при прокатке тонко-
стенных труб длину до 36 м, разрезают на мерные части.
Прокатка труб большой длины производится на оправках, длина
которых составляет всего 4-5 м. Это возможно благодаря принудитель-
ному движению оправки в процессе деформации в сторону подающего
аппарата со скоростью, равной скорости заднего конца гильзы.
Возможность осуществления высоких степеней деформации в одной
клети является основным преимуществом пилигримового процесса.
Он пдзволяет получать трубы из литой стали с небольшим предвари-
тельным уковом, полученным при прошивке, а также из высоколеги-
рованных сталей. Достаточная маневренность стана позволяет прока-
тывать на нем широкий диапазон диаметров и толщин стенок труб,
вплоть до особотолстостенных, круглого сечения и профильных - квад-
ратных, шестигранных (в калибрах соответствующей формы). Недоста-
ток процессе - повышенный расход металла в виде обрези затравочного
конца и пильгерголовки. Затравочный конец можно уменьшить за
счет предварительной подготовки переднего конца гильзы по форме
рабочего конуса путем штамповки или специального процесса обкат-
ки на прошивном стане или элонгаторе. Тогда операция затравки на
пилигримовом станс значительно облегчается и осушествляется за
526
3-5 оборотов валков. Обрезь пильгерголовки особенно нерациональ-
на при прокатке непрерывнолитых заготовок и заготовок из высоко-
легированных сталей. Для уменьшения или ликвидации этого вида
обрези разрабатываются специальные процессы пилигримовой прокат-
ки с раскаткой пильгерголовки.
Винтовая прокатка g трехвалковом раскатном стане
Раскатка гильз в трубы методом продольной прокатки, осущест-
вляемая в круглых с выпусками калибрах, отличается неравномерной
деформацией по периметру и наведением симметричной разностей-
ности. Более благоприятны условия деформации в станах винтовой
прокатки, в которых одновременное продольное и вращательное дви-
жение металла приводит к практически одинаковым условиям обжа-
тия каждой точки периметра.
Раскатка в трехвалковом стане производится, как правило, на сво-
бодноплавающей оправке, реже - на удерживаемой оправке, переме-
щаемой с заданной скоростью (рис. 241). Отличительной особенностью
калибровки валков по сравнению с другими станами винтовой прокат-
ки является наличие гребня - короткого конусного участка с боль-
шим углом наклона образующей к оси прокатки (32-45’). На этом
участке происходит основное обжатие по толщине стенки, составляю-
щие. 241. Продольные и поперечные сечения очага деформации в трехвалковом раскатном
пане при прокатке труб < S (а) и труб с dT/jt > 18 (б); штриховой линией показан
"раструб" на заднем конце груб:
' - входной конус; 2 - гребень; 3 - калибрующий конус; 4 - выходной конуе
527
щее 75-90 % общего обжатия. При деформации гребнем металл преиму-
щественно течет в осевом направлении - в вытяжку, поэтому наличие
гребня принципиально важно для трехвалкового стана, где отсутст-
вуют направляющие линейки, ограничивающие рост периметра трубы.
Остальные участки валка выполняют функции, аналогичные соответ-
ствующим участкам валка элонгатора (см. рис. 230,231). Входной конус
служит для первичного захвата гильзы, редуцирования ее до посадки
на оправку, частичного обжатия на оправке по толщине стенки. Такое
обжатие по стенке, составляющее 10-25% от общего, необходимо для
создания на этом участке втягивающих сил, которые обеспечат условия
вторичного захвата - преодоление осевого сопротивления гребня.
Калибрующий (раскатной) конус предназначен для выравнивания
толщины стенки, выходящей из-под гребня; с этой целью его образую-
щая должна создавать на всей длине участка постоянный зазор между
валком и оправкой, равный толщине стенки трубы st. Выходной ко-
нус служит для округления трубы и создания при этом зазора между
металлом и оправкой облегчающего последующее ее извлечение
из трубы. Коэффициент вытяжки в трехвалковом стане X = 1,3 + 3.
По мере возрастания тонкостенности труб (d,/s, > 10) начинает ин-
тенсивно развиваться поперечная деформации, труба в очаге дефор-
мации приобретает ’’треугольную” форму. В большей степени это
проявляется при прокатке концевых участков труб, когда попереч-
ная деформация не ограничена ’’жестким” концом хотя бы с одной
стороны (по аналогии: повышенное уширение концов полос, наблюдае-
мое при продольной прокатке). Особенно заметен рост овальности
задних концов, форма которых показана на рис. 241, б; при d,/s,
11 + 12 овальность их достигает критических значений, вращение
металла и процесс в целом прекращаются. Такая овальность быстрее
достигается при повышенных углах подачи валков, поэтому при про-
катке труб с dfl&t > ID угол подачи снижают до минимально воэмож
ных значений (3-4*), при которых скорость прокатки еще приемлема.
Указанная особенность процесса раскатки в трехвалковом стане
обусловливает его наиболее существенный недостаток: ограничение
сортамента прокатываемых труб величиной критического отношения
dj&t = 12, т.е. областью труб толстостенных. Но, вместе с тем, этому
способу присущи и важные преимущества: высокая точность труб
по толщине стенки (±6 %), превышающая точность труб со станов про-
дольной прокатки в 2 раза; исключительно высокая маневренность
стана, в котором изменение толщины стенки производится только
путем сведения или разведения валков, и лишь при одновременном
значительном изменении диаметра - переходом на новый диаметр
оправок. Это делает рациональным использование станов для прокат-
ки таких видов труб, которые обладают очень широкой градацией
528
Гк. Ml Продольное сечение очаге деформации в реечном стане (в) и поперечные сече-
ния (б, в) в чередующихся четырехроликовых клетях (1-я - номера клетей)
размеров, например, толстостенных, подшипниковых труб повышенной
точности, служащих заготовками для получения методом резания
колец подшипников качения большого числа типоразмеров. В послед-
ние годы разработан ряд усовершенствований конструкций трехвал-
ковых станов и технологии прокатки в них, обеспечивших некоторое
увеличение тонкостенное™ прокатываемых труб и повышение про-
изводительности при их производстве.
Кроме рассмотренных четырех способов раскатки, повсеместно
применяемых в мировой практике и на которых базируется произ-
водство горячекатаных труб в отечественной промышленное™, за ру-
бежом используются еще три перспектияных способа.
Раскатка в реечном стане
Реечный стан включай в себя блок клетей е неприводаымн роликами и механизм с
зубчатой рейкой для перемещения справки. Оправка я этом стане является приводным
инструментом (рис. 242). Заготовкой для раскатки является: стакан, получаемый путем
неполной прошивки в прессе и предварительной раскатки е сохранением донышка в злой-
[ вторе; силма, получаемая сквозной в противном стаяв е последующим формированием
на ее переднем конце упорного бурта методом закатки. Обжатие в реечном стаяв произ-
водится в процессе проталкивания металла через клети м счет усилия, приложенного
со стороны оправки к донышку (или упорному бурту) и, в виде ил трения, к виутрвяей
поверхности деформируемой части гильзы.
В различных станах устанавливается 13—15 клетей. В каждой клети калибр образуется
тремя, четырьмя кли шестью роликами. Применяют две системы калибров: круглые во
исех клетях, с поворотом соседних клетей друг относительно друга из угол п/п, где п —
число роликов в кисти; чередующиеся, образованные плоскими и ручьевыми роликами.
Коэффициент вытяжки в стаяв достигает 10-15.
После проталкивания оправка плотно охвачена трубой, поэтому для создания зазора
529
4-123
Ч+йг
Рве. 243. Схема очага деформации в
I - валок; 2-диск; 3-оправка
с приводными дисками:
между ними перед извлечением оправки трубу обкатывают с небольшим обжатием в ста-
ла винтовой прокатки. После извлечения оправки производится обрезка лоиыпжа.
На агрегатах с реечным станом получают тонкостенные трубы с dT/sT < 30. Максималь-
ное усилие проталкивания 1200 кН, скорость - б м/с. Преимущества процесса заключаются
в его низкой энергоемкости, обусловленной Благоприятной схемой деформации при дву-
стороннем натяжении, и высокой точности труб (отклонения по толщине стенки не бо-
бее+6 %).
Винтовая прокатка в стане с приводными направляющими
дисками
Рабочая клеть стана наряду с двумя приводными валками, наклоненными к оси про-
катки на угол подачи а и сообщающими металлу винтовое перемещение, содержат два
приводных диска (рис. 243). Диски частично закрывают калибр и предназначены, кро-
ме того, для создания дополнительных осевых усилий, приложенных к металлу. С этой
целью их окружная скорость должна существенно превышать осевую скорость метал-
ла ix в очаге деформации. Благодаря действию осевых сил со стороны дисков достигается:
увеличение осевой деформации за счет поперечной, что способствует получению тонкостен-
ных труб; увеличение скорости прокатки за счет роста коэффициента осевой скорости ц0,
возрастающего до 1-1,4.
Процесс ведется на свободноплавающей или замедленно перемещаемой оправке. Про-
катываются трубы широкого размерного сортамента с dT/jT - 4 + 35 и минимальной тол-
щиной стенки 2 мм, коэффициентом вытяжки X < 3. Достигается высокая точность труб
по толщине стенки, отклонения которой не превышают +б %. Недостаток процесса - повы-
шенная энергоемкость, связанная с повышенным трением на дисках.
530
Винтовая прокатка в планетарном стане
Для исключения вращения деформируемого металла при винтовой прокатке приме-
няют планетарные станы - с вращающейся рабочей клетью (рис. 244). Клеть содержит три
валка, расположенных друг относительно друга под углом 120*. Ося валков наклонены
к оси прокатки, образуя угол подачи а - 10 + 40* и угол раскатки р - -50'. Наличие угла
подачи обеспечивает поступательное движение металла через вращающуюся клеть. Угол
раскатки и чашевидная форма валков, при которой радиусы гильзы г и валков Я одно-
временно убывают вдоль очага деформации, создают минимальное скольжение на контак-
те и скручивание гильзы, а в случае, если оси прокатки и валка и продолжение образую-
щей валка пересекаются в одной точке (на рис. 244 - точка О), вдоль очага деформации
соблюдается соотношение г/Я = const, скручивание полностью отсутствует. При этом и гиль-
за, и труба имеют только поступательное движение.
Помимо вращения совместно с клетью относительно оси прокатки с угловой скоростью
ш,, валки должны также приводиться во вращение относительно'своих осей с определен-
ной угловой скоростью ы2. При установке в клеть непригодных валков (т.е. если их уг-
ловые скорости самоустанавливаются) достичь отсутствия вращения металла можно только
приложением к нему тормозящего момента Мт, равного крутящему моменту Мкр, затра-
чиваемому ла деформацию. Чтобы без приложения Мт движение трубы было только про-
дольным, валки необходимо приводить во вращение от специального двигателя с регули-
Рис. 244. Схема планетарного стана винтовой прокатки:
/ - стационарная часть стана; 2 — вводная проводка; 3—6 — вращающаяся рабочая клеть
(3 - валок; 4 - поворотная кассета; 5 - ось поворота кассеты с валком для создания угла
подачи; 6 - ротор); 1 - вал главного привода; 8 - шестерни вращения ротора; 9 - вал
зспомогательного привода; 10 — шестерни вращения полого вала; 11 — полый вал с цилин-
дрической солнечной шестерней; 12 - сателлит
531
руемой скоростью, обеспечивающей требумое согласование и, к и, при разлхчяых углах
подачи валков, разных обжатиях и условиях трения на контакте. Такое вращение дости-
гается <я вспомог цельного дню меля через дифференциальную зубчатую передачу.
Деформация металла производится на оправке, замедленно перемещаемой е помощью
механизма, установленного на входной стороне стана.
Сортамент прокатываемых труб характеризуется показателем </т/з, -3 + 15. Планетар-
ный стен позволяет получать трубы е точностью стенки ±(5-б) % при коэффициентах вы-
тяжки 1,5-14, на с низкой скоростью прокатки — да 0,8 м/с. Его преимуществом благодаря
отсутствию вращения трубы является также устойчивая прокатка длинных черновых
труб - да 25 м и возможность установки редукционного стам непосредственно за плане-
тарной клетью, что исключает промежуточный подогрев труб.
Первоначально планетарные ставы были разработаны и установлены для прокатки
крутных сортовых заготовок диаметром 40-180 мм с коэффициентом вытяжки да 7 я ско-
ростью прокатки 0,5 м/с. Они использованы взамен черновых групп клетей мелкосортных
б. Калибрование и редуцирование труб
Калибрование и редуцирование в непрерывных станах
Калибрование труб или их редуцирование является заключитель-
ной операцией прокатки, цель которой - формирование окончатель-
ных размеров труб по диаметру и толщине стенки. На большинстве
агрегатов эти операции выполняют в многоклетевых непрерывных
станах, осуществляющих прокатку без оправки (рис. 245). Обжатие
ведется в системе овальных черновых и круглого чистового калибров,
образованных в каждой клети двумя или тремя валками. Калибры
смежных клетей развернуты друг относительно друга: двухвалко-
вые на 90*, трехвалковые на 60*. Эти станы в зависимости от назначе-
ния делятся на три типа: калибровочные, включающие 3-12 клетей
и производящие обжатие по диаметру до 30%; редукционные - до
22 клетей, обжатие до 50 %; редукционно-растяжные - до 28 клетей,
Лк. 245. Схема прокатки в непрерывном беэоправочном стаи (Amin ” °в в с«п с двух-
валковыми клетями; А « 03 Лв в стане е трехвалкавыми клетями)
532
Рж.244. Ишевеяие толщины пенки трув в язвиенмостя от режимов калаброшвяя илх
редуцирования;
в - бе* натяжения; С, в — с яияжвнхем при различных покдмтелях тонкостеянося
обжатие до 80 %. Редуцированию большей частью подвергаются тонко-
стенные трубы (dt/sT > 12,5). Толстостенные и особотолстостенные тру-
бы (dj/st < 12,5) проходят калибрование, обжатие при котором тем
меньше, чем больше толщина стенки труб.
Калибровочные и редукционные станы работают без натяжения или
с небольшим натяжением. Такой режим прокатки и соответствующая
ему схема напряженно-деформированного состояния металла приво-
дят в процессе обжатия по диаметру к утолщению стенки труб
(рис. 246, л). Величина утолщения зависит от обжатия по диаметру и
показателя тонкостенности (dfs)^. При прокатке тонкостенных труб
s/s, <* y/djd.
Утолщение стенки при прокатке в каждом калибре происходит
неравномерно по периметру: наибольшую величину оно имеет в вы-
пусках калибра, наименьшую - в вершине (рис. 247). Это объясняется
тем, что от действия валков наибольшие тангенциальные напряжения
возникают на участках периметра, находящихся в зазорах между вал-
ками, и здесь происходит максимальная тангенциальная осадка. Пос-
ле прокатки в одном калибра возникает поперечная разностенность:
с двумя симметричными утолщениями в выпусках двухвалкового
калибра или с тремя - в выпусках трехвалковго калибра. Так как
прокатка ведется в непрерывном стане, в котором участки периметра
трубы из выпусков предыдущего калибра попадают в вершины после-
дующего, то происходит наложение различных утолщений и образуется
граненность - симметричная разностенность с числом утолщений,
равным удвоенному числу валков в клети. Внутренний контур трубы
приобретает форму квадрата в двухвалковом калибре (см. рис. 220, в)
533
Pm. 247. Обраювелие псперечкмямметрячиой рыкостелности (граяенноети) при прокат-
ке в системе двухвалковых калибров
или шестиугольника в трехвалковом калибре. Граненность зависит
от частных обжатий по диаметру в одной клети, в связи с чем при про-
катке без натяжения их ограничивают величиной Д4/4{_х < (4-5)%.
Двухвалковые клети допускают большие нагрузки, поэтому исполь-
зуются при наличии в сортаменте труб толстостенных и высокопроч-
ных. Трехвалковые клети предпочтительны при прокатке тонкостен-
ных труб, поскольку в их калибрах деформация более равномерна
и точность прокатываемых труб получается более высокой.
Рост толщины стенки при редуцировании без натяжения может иг-
рать положительную и отрицательную роль. С одной стороны, такой
прочее с рационален для производства труб с небольшим внутренним
каналом (малого наружного диаметра и толстой стенкой), которые
невозможно получить на оправочных станах из-за малых диаметров
оправок и упорных стержней. С другой стороны, при прокатке тонко-
стенных труб этот процесс требует, чтобы черновая труба была прока-
тана с толщиной стенки меньшей, чем готовая; в этом случае процесс
без натяжения не является вполне рациональным, в связи с чем его
ограничивают по величине обжатий диаметра. Тем не менее, в целом
установка редукционных стаяов эффективна, так как увеличивает
производительность агрегатов, позволяя прокатывать на прошивном и
раскатном станах трубы повышенного диаметра и развеса.
Редукционно-растяжные станы работают с натяжением. Мерой натя-
жения принят коэффициент пластического натяжения z = бнат/1,15 от,
где Одат - удельное натяжение. При прокатке в одной клети и нали-
чии переднего г)П и заднего zi3 натяжений коэффициент частного
пластического натяжения zj * 0,5 (zfn + z,5). Для характеристики на-
тяжения, действующего во всем стане из п клетей, используется
коэффициент общего (среднего по стану) пластического натяжения
534
Гие. 248. Изменение готцины менки по длине трубы после редуцирования с натяжением:
'и- Ипих и [*Jmin “ номинальная толщина менки готовой трувы по ГОСТ и ее предель-
ные плюсовое и минусовое значения; зт - средняя толщина менки черновой труби; «mg* и
/tnir. “ фактические максимальное и минимальное значения толщины стенки готовой тру-
вы; 1П и >э — обрезаемые передний и задний утолщенные концы трубы
2ср = (l/n)Sz(. Ня практике zep < 0,8; до величины общего обжатия
Ad/dt « 40 +50 % он ограничен тянущей способностью клетей, более
50 % - прочностью трубы на растяжение.
Натяжение кардинально влияет на процесс. При редуцировании
тонкостенных труб с критическим значением « 0,5 независимо от
обжатия по диаметру толщина стенки труб сохраняет постоянную ве-
личину, а при zcp >0,5 происходит утонение стенки (рис. 246, б, в).
Уменьшение толщины стенки может достигать 35-40%, коэффициент
пытяжки 6-8. Кроме того, натяжение снижает внутреннюю граненность
и поэтому позволяет без снижения точности труб увеличить частные
деформации в клети Adf/dj-, до 7-12% и общую обжимную способ-
ность стана. Установка редукционно-растяжных станов, работающих
выходной скоростью до 10-12 м/с, наряду с большим увеличением
производительности агрегатов, позволяет заметно расширить сорта-
мент в сторону малых диаметров и толщин стенок.
Вместе с тем, применение редуцирования с натяжением имеет су-
щественный недостаток. Концевые участки трубы прокатываются с
односторонним натяжением и, следовательно, пониженными Z{ и
2ер. Поэтому они имеют переменную толщину стенки, увеличивающуюся
от s в средней части готовой трубы до максимального значения на
торцах (рис. 248). Утолщенные концы труб подвергаются обрезке по
ечениям, где Smt* начинает превышать плюсовое предельное откло-
нение. Длина обрези переднего и заднего концов приентировочно опре-
деляется зависимостью
I = * I, « 2,5 (X + (375)
Она увеличивается с ростом вытяжки и натяжения, пропорциональна
расстоянию между клетями А В современных редукционно-растяжных
535
станах применяют преимущественно трехвалковые клети. Несмотря
на малое расстояние между клетями в этих станах, меньшее диаметра
валков (что достигается за счет перекрытия валков в развернутых друг
относительно друга соседних клетях; Amin * 300 мм), длина переднего
обрезаемого конца достигает 1,5 м, заднего - 2,5 м. В последние годы
разработаны процессы прокатки черновых труб с утоненными концами.
При дальнейшем редуцировании этих труб предварительное утонение
стенки компенсирует концевое утолщение, что до 2-3 раз снижает
величину обрези.
Отмеченные особенности процесса редуцирования с натяжением
определяют рациональную область использования редукционно-рас-
тяжных станов: на трубопрокатных и прессовых агрегатах - для де-
формации черновых труб длиной не менее 15-20 м в готовые трубы
длиной до 100-150 м, когда относительная длина обрези снижается
и расходный коэффициент металла не превышает приемлемых зна-
чений; на агрегатах непрерывной печной и электрической сварки
труб - для бесконечного редуцирования, когда утолщенные концы
отсутствуют, или редуцировании длинных плетей.
Калибрование в трехвалковом стане винтовой прокатки
При калибровании труб в трехвалковом стане (рис. 249) обжатие
по диаметру не превышает 2-3 мм. Дальнейшее увеличение обжатия
ограничено явлением гранеобразования.
Черновая труба круглого поперечного сечения в процессе дефор-
мации в калибре, образованном валками, овализируется и сокраща-
ется по периметру. Однако такой характер деформации сохраняется
лишь при небольшом обжатии и овализации. При превышении их кри-
тических значений возникает другой механизм деформации - гране-
образование. По периметру образуется несколько пластических шарни-
ров; они располагаются таким образом, что после изгиба в них овали-
зированное сечение приобретает форму многоугольника со скруглен-
ными углами, профиль которого должен отвечать одному условию -
иметь возможность проворачиваться в калибре, образованном тремя
валками. Этому условию отвечают квадрат, пятиугольник (треуголь-
ник в таком калибре не проворачивается). При достижении критичес-
кого обжатия образуется пятигранник на концевых участках труб,
Рж.М9. Продольное и поперечное ее-
четгия очага деформации в трехвалкавом
калибровочном яте
536
Гж. 250. Схема вращения гранено* трубы в трехвапкомм яаяк
Ci. Os и О, - центры контуров 1,2и 3
а дальнейшее увеличение обжатия приводит к образованию четырех-
гранника по всей длине трубы. Вращение его в калибре (рис. 250) идет
так, что ось четырехгранной трубы вращается относительно оси стана,
сокращение периметра свыше критического не происходит, продви-
жение трубы через стан сопровождается вибрацией.
Преимуществом трехвалкового калибровочного стана является его
высокая маневренность, связанная с легкостью перестройки калибра
путем сведения или разведения валков. Маневренность стана при
низкой обжимной способности определяет его применение только
на агрегатах с трехвалковыми раскатными станами для получения
труб широкого сортамента (с градацией диаметров через 0,5 мм вместо
3-7 мм в станах продольной прокатки), а также высокой точности
(с предельными отклонениями по диаметру +0,5% вместо ±1% на
непрерывных станах продольной прокатки), что обусловлено винтовым
перемещением металла.
7. Производство труб на различных трубопрокатных
«регатах
Горячедефорыированные бесшовные трубы из сталей, цветных ме-
таллов и сплавов получают на трубопрокатных и трубопрессовых агре-
гатах. В отечественной металлургии примерно 97 % общего количества
стальных горячедефорыированных труб и незначительное количество
труб из хромоникелевых и титановых сплавов в настоящее время
производятся на трубопрокатных агрегатах (ТПА) четырех типов:
с автоматическим станом или станом тандем, на которых выпускается
около 40 % горячедеформированных труб; с непрерывным оправочным
537
Таблица 47. Сортамент и щкжавоппевьзо» ТПА е автвонгаесшм станом
и станам тявдеы
Параметры ТПА 140 ТПА 250 ТПА 350,400
с автомат- ставом со станом тандем с автомат- станом с автомат- станом
Диаметры прокатывае- мых труб: максимальный минимальный Производительность, тыс. т/год 130-168 127-159 20-57 210-240 245-273 102-114 220-250 325—426 140-168 320-350 (до 50D-700)
станом - 22%; с пилигримовым станом - 25%; с трехвалковым рас-
катным станом - 10 %.
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом
или станом тандем
Отличительная особенность агрегатов - раскатка гильз в черновые
трубы в 2 прохода на короткой оправке, производимая в автоматичес-
ком стаяе или стане тандем, и дополнительная обкатка полученных
труб в стане винтовой прокатки. Эти агрегаты в настоящее время яв-
ляются наиболее распространенными в мире; в отечественной промыш-
ленности эксплуатируется 17 таких агрегатов.
В зависимости от диапазона диаметров прокатываемых труб агре-
гаты подразделяются на три типоразмера (по примерному значению
максимального диаметра): малые - ТПА 140, средние - ТПЛ 250, боль-
шие - ТПА 350 или 400 (табл. 47).
Типоразмеры ТПА и виды применяемых заготовок в значительной
мере определяют технологический процесс и состав оборудования
агрегата.
Технологический процесс прокатки труб на ТПА 140 с автомати-
ческим станом (рис. 251) следующий: нагрев заготовок до 1000-1270 ’С
в кольцевой печи; зацентровка заготовок в горячем состоянии; после-
довательная прошивка и прокатка черновых труб в прошивном, авто-
матическом, обкатном станах; окончательная прокатка части сорта-
мента труб (с большими диаметрами) в калибровочном стане, а труб
малого диаметра - в редукционном стане с предварительным подогре-
вом труб перед редуцированием до 900-1150’С; охлаждение; правка
труб. Транспортировка заготовок, гильз и труб производится по роль-
гангам или перекатыванием по наклонным решеткам; в связи с пос-
ледним агрегаты имеют каскадное расположение - последующие ста-
ны установлены на более низком уровне.
538
Ряс. 251. Схема расположения оборудования ТПА 140 с автоматическим станом:
1 - загрузочная решетка; 2 - загрузочная машина кольцевой пето; 3 - кольцевая печь;
4 - выгрузочная машина; 5 - рольганг; 6 - зацентровщяк; 7 - рабочая клеть прошивного
стана; 8 - привод вращения валко® прошивного мана; 9 - упорно-регулировочный меха-
низм и механизм перемещения стержня прошивного мана; 10 — наклонные перелзточлии1
решетки; 11 - рабочая клеть автоматического мана; 12 - привод вращения валков авто-
матического мана; 13 — передвижной входной стол автоматического мана; 14 — упорно-
регулировочный механизм стержня автоматического стана; 15 - рабочая клети обкатных
станов; 16 - приводы вращения валков обкатных станов; 11 - вводные рольганги обкат-
ных станов; 18 - упорно-регулировочные механизмы и механизмы перемещения стержисГ
обкатных станов; 19 — рольганг; 20 — камерная подогревательная печь; 21 — выталкива-
тель; 22 - калибровочный мен; 23 - редукционный стан; 24 - холодильник; 25 - косовал-
ковые правильные станы
Валки автоматических станов имеют по длине бочки 5 - 12 калиб-
ров разного диаметра, что увеличивает маневренность ТПА. Для пере-
хода в новый калибр вследствие износа предыдущего или при изме-
нении диаметра прокатываемых труб передний стол стана передви-
гается на ось этого калибре и соответственно переставляется упорный
стержень оправки.
При прокатке в круглых с выпусками калибрах автоматического
стана происходит наведение поперечно-симметричной разностенности
труб; возможно образование рисок на их внутренней поверхности.
Для снижения раэностеииости и раскатки рисок трубы прокатываются
в одном из двух параллельно установленных обкатных станов. В этих
станах, включающих двух- или трсхвалковые рабочие клети винто-
вой прокатки, аналогичные противным, процесс подобен вторичной
прошивке (см. рис. 231), но со значительно меньшими обжатиями по
толщине стенки - до 5 - 10 %. У экий по периметру и длинный в осевом
направлении очаг деформации обусловливает специфическое распре-
деление течения металла при обкатке: коэффициент вытяжки X ж
0,95 + 1,05, а смещенный объем металла течет преимущественно в
539
Тж. 252. Схема расположения оборудования ТПА140 ео станом танпем:
1 — кольцевая печь; 2 - мцеятровщик; 3 - прошивной стан; 4, 5 - дай тандем, в том чис-
ле клети продольной прокатки И* 1 и Я* 2; 6 - обкатные шаны; 7 - индукционные печи;
S - калибровочный стан; 9 - редукционно-растяжной стан; 10 - летучая пила; 11 — хо-
лодильник
тангенциальном направлении, т.е. на увеличение диаметра трубы
("подъем” по диаметру примерно равен обжатию по толщине стенки).
Производительность обкатного стана в 1,5 - 2 раза ниже, чем основных
станов - прошивного и автоматического. Так, скорость обкатки соиз-
мерима со скоростью прошивки, но длина прокатываемых труб больше
благодаря вытяжке в автоматическом стане. Поэтому для выравнива-
ния пропускной способности всех участков устанавливаются два об-
катных стана.
Наличие двух проходов в одном калибре автоматического стане
сдерживает его производительность, ускоряет износ калибре. Для
устранения этих недостатков вместо автоматического стана на сов-
ременных ТПА 140 устанавливают две последовательные клети стана
тандем (рис. 252). В каждой из них происходит по одному проходу.
Таким образом, технологический процесс на ТПА со станом тандем
принципиально не отличается от рассмотренного на ТПА с автомати-
ческим станом. Оборудование установлено на одном уровне, выдача
труб из станов производится в осевом направлении, что дополнительно
повышает производительность. Валки рабочих клетей выполнены од-
норучьевыыи, что повышает жесткость стана и уменьшает разброс
толщины стенки в партии труб (рис. 220); клети облегчены благодаря
исключению механизма подъема верхнего валка, что позволило сде-
лать их сменными и сохранило маневренность стана. В связи с боль-
шей протяженностью стана тандем происходит и большая потеря тем-
пературы труб; это потребовало дополнительной установки подогре-
вательной печи и перед калибровочным станом.
ТПА 250 с автоматическим станом имеет такой же состав оборудо-
вания, как и ТПА 140, за исключением редукционного стана, который
обычно не устанавливается. Принципиальным отличием обладают
агрегаты большого типоразмера, особенно в головной части. Действую
щие ТПА 350 и 400 имеют в своем составе две кольцевые печи и
540
два прошивных стана. Планировка участка прошивных станов пре-
дусматривает возможность последовательной их работы при прокатке
труб большого диаметра из углеродистых и легированных сталей и
труб всего диапазона диаметров из коррозиоииостойких сталей и спла-
вов, либо работы только второго прошивного стана при прокатке труб
меньших диаметров из углеродистых и легированных сталей. Эти аг-
регаты позволяют использовать катаную, кованую и центробежно ли-
тую заготовки. Работающие за рубежом большие ТПА, применяющие
квадратные непрерывнолитые заготовки, включают пресс-валковый
стан и 1-2 эпон гатора. В агрегатах, построенных в последние годы для
использования круглой непрерывнолитой заготовки, установлен один
высокоскоростной прошивной стан большой мощности, включающий
грибовидные валки с индивидуальным приводом и приводные направ-
ляющие диски. Во всех последних ТПА большого типоразыера для по-
вышения точности труб установлены одноручьевые автоматические
станы.
В табл, 48 в качестве примера показаны режимы деформации (таб-
лица прокатки) труб на различных ТПА с автоматическим станом.
Таблица 48. Тавящапркаткнтрубизунирпдатд ми|мимшоапвлей
ТПА 14» ТПА 35#*
Римеры Диаметр готовых мгстов- труб км Прошивной паи Автомата- Обкатной Калибровоч- ческкй пан иый(К)или Я* 1 Я* 2 пан релукижшЕый (Ю пан"
57X6 100 102X8,5 76X5 104 X 4,5 57,7X6 3,15 1,75 1,0 1,45 т
325 X 8 270 285 X 33 332 Х1Д 317X8,1 336 X 7,9 330 X 8,1 2,19 2,17 1,53 0,97 1,01
’Числитель - диак-тр и толщине пенки, им, тижуеитель - коэффициент вытяжки.
"Размеры труб в горячем состоянии.
Грубопрокатиые агрегаты с непрерывным оправочным станом
Современные непрерывные оправочные станы являются наиболее
Фоизводительными раскатными станами. ТПА, включающие эти ста-
ны, в зависимости от размеров прокатываемых труб, состава и харак-
541
теристик оборудования имеют производительность от 200 тыс. до
1 млн. т в год. Учитывая, что на них прокатывают самый массовый
сортамент - трубы из углеродистых и низколегированных сталей,
н эти трубы обладают высокой точностью и хорошим качеством по-
верхности, ТПА с непрерывным оправочным станом признаны для
этого сортамента наиболее перспективными агрегатами. За последние
годы за рубежом введены в эксплуатацию более 10 таких ТПА ряда
типоразмеров, диапазоны диаметров труб на которых - от 16-102 мм
до 140-365 мм. В отечественной металлургии в настоящее время дейст-
вуют б ТПА с непрерывным оправочным станом: 3 малых ТПА 80, 2 вы-
сокопроизводительных современных средних ТПА 102 на Первоуральс-
ком новотрубном (ПНТЗ) и Южнотрубном (ЮТЗ) заводах с объемом
производства по 650-700тыс.т/год, введеивыи в эксплуатацию в
последние годы крупнейший в мире ТПА для прокатки труб 159-426 мм
на Волжском трубном заводе (ВТЗ) с проектной производительностью
720 тыс. т/год.
Различные ТПА отличаются способами получения гильз, их раскат-
ки в непрерывном оправочном стане и разделения черновой трубы
и оправки. Способы получения гильз зависят от вида заготовки (ка-
таная или непрерывнолитая), ее формы (круглая или квадратная)
и числа используемых типоразмеров. Применяются следующие схемы
с разным составом прошивного оборудования: прошивной стан -
двухвалковый с направляющими линейками (ПНТЗ, ЮТЗ) или привод-
ными дисками; трехвалковый стан; прошивной пресс и элонгатор;
пресс-валковый стан и элонгатор (ВТЗ); пресс-валковый стан, элонга-
тор и стан для редуцирования гильз. В последней схеме использова-
ние непрерывного стана для безоправочного редуцирования гильз
позволяет повысить развес заготовки и из одного ее размера получать
гильзы разных диаметров, увеличивая тем самым производительность
и расширяя диапазон размеров готовых труб.
На непрерывном оправочном стане также применяется несколько
способов прокатки: прокатка на свободноплавающей оправке - для
получения труб диаметром до 178 мм и длиной до 35 м; прокатка
на частично удержииаемой оправке - для труб диаметром до 194 мм,
длиной до 40-50 м; прокатка на удерживаемой оправке - для труб
диаметром до 426 мм, длиной до 40-50 м. Частично удерживаемая
оправка работает как удерживаемая на 1 стадии процесса и свободно-
плавающая - на П стадии после ее освобождения механизмом удер-
живания. Свободноплавающая и частично удерживаемая оправки
после прокатки извлекаются из труб с помощью цепных оправкоизвле-
кателей. При прокатке труб среднего и большого диаметра на удержи-
ваемой оправке на выходной стороне стана устанавливается 3-5-кле-
тевой трубосъемный стан, осуществляющий небольшое обжатие по
542
he. 253. Схема расположения оборудования ТПА 102 ЮТЗ с непрерывным оправочным
станом:
I - кольцевые печи; 2 — мгентровшик; 3 - проливной стан; Л - непрерывный оправоч-
ный стан; $ — сдвоенный оправкоиэвлекатель; 6 — ванна для охлаждения длинных опра-
вок; 7 - машина для психи оправок; 8 - стационарная пила; 9 - индукционные подогре-
нательные печи; 10 - калибровочный стан; 11 — передвижная пила; 12 - редукционно-
растяжной стан; 13 — летучие ножницы; 1< - летучая пила; IS - барабанный сбрасыватель;
И, J7 — винтовая и цепные секции холодильника; 18 — стационарные пилы для обрезки
утолщенных концов труб
диаметру и стягивание трубы с оправки. Так как в этом случае опе-
рация съема трубы происходит без дополнительных затрат времени,'
такой метод прокатки позволяет на некоторых ТПА отказаться от
промежуточного подогрева труб перед калибровочным станом. Иног-
да калибровочный и трубосъемный станы совмещаются (например,
10-клетевой стан на ТПА 426 ВТЗ).
Схема ТПА 102 ЮТЗ приведена на рис. 253. Технологический процесс
на нем следующий: нагрев заготовок в кольцевых печах; зацентровка
заготовок; прошивка в двухвалкововм стане с направляющими линей-
ками при углах подачи до 14°; введение в гильзу оправки; прокатка
□ 9-клетевом непрерывном стане на свободноплавающей оправке;
извлечение оправки на цепном оправкоизвлекателе; охлаждение и
смазка оправки, подача ее на входную сторону непрерывного стана;
обрезка задних концов труб, смятых в процессе извлечения оправки;
подогрев труб в проходных индукционных печах; калибрование труб
диаметром 76-102 мм в 12-клетевом стане либо редуцирование труб
диаметром 42-75 мм в 24-кпетевом редукпионно-растяжном стане;
разрезка калиброванных труб пополам передвижной пилой либо раз-
резка редуцированных труб на мерные длины летучими пилой или
ножницами; обрезка утолщенных концов труб; охлаждение; правка
труб. На ТПА достигнут темп прокатки до 400 черновых труб в час,
длина труб после редукционного стана достигает 120 м. Режимы де-
формации редуцированных и калиброванных труб проиллюстированы
в табл. 49.
543
Таблице 49. Tab
>И ТПА 112 (чяиопе»-<Г X а, мм;
замевягезь — коаффяцвевт выл
Размеры готовых трув Диаметр ЗЗГОТОВ- км Прошивной стан Непрерывный оправочный став Калибровоч- ный став* Редукционно- растяжной стан*
45 ХЗ^ 150 162x22 1,82 120X4 6,63 - 45,6X3,5 3,14
102X8 150 162X25 1,64 120 X 7,6 4,0Г 103,2X8,1 1.11 -
•Размеры труб в горячем состоянии.
Трубопрокатные агрегаты с пилигримовым станом
Пилигримовый способ производства труб до последнего времени
был одним из наиболее распространенных. Однако главное его пре-
имущество - использование дешевого слитка сифонной разливки и
получение труб более низкой стоимости, чем на других агрегатах, -
постепенно утрачивается в связи с интенсивным развитием непрерыв-
ной разливки стали. Вместе с тем, сохраняются другие важные пре-
имущества этих ТПА - возможность производства труб большого диа-
метра и широкого марочного сортамента, труб особотолстостенных и
профильных.
ТПА подразделяются на три типоразмера: малые - для производства
труб диаметром до 168 мм, средние - до 351 мм, большие - до 630 мм.
Они различаются также составом оборудования для получения гильз;
неыодернизяроваииые - с прошивным станом, использующие слитки
и другие виды заготовки круглого поперечного сечения; современные -
с прошивным прессом и элонгатороы, использующие многогранные
слитки или другие виды заготовки круглого, квадратного и многогран-
ного сечения; с пресс-валковым станом и элонгатором, использующие
квадратную непрерывнолитую заготовку. В отечественной металлур-
гии в настоящее время работают семь ТПА с пилигримовым станом:
три средних и один большой немолернизированные, три средних сов-
ременных. Производительность современного среднего ТПА - до
350 тыс. т/год. Предполагается постепенный вывод из эксплуатации
немодернизированных средних ТПА.
Технологический процесс прокатки труб на современном среднем
ТПА (рис. 254) при использовании слитков следующий: нагрев в коль-
цевых печах до 1200-1280 "С; гидросбив окалины; прошивка слитка
в стакан в прессе усилием до 20 МН (осуществляется со стороны дон-
544
да. 254. Схема расположения оборудования еоврвдашого ТПА 5—12" с шиац'риммым
-алом:
I - кольцевая печь; 2 - поворотный стощ 3 - установка для гвдросбхва окалжны; 4 — про-
гаиввсй пресс; 5 - кавмдаая печь; 6 - мовгагор; 7 - установка для ииостанонсй аарядкл
дорна в гильзу; 8 — кран-манипулятор для передаст; гяльзы с язрвхял в желоб пнлнгримо-
вето стана; 9 — шчппрямовый стан; 10 — подающий аппарат; 11 — устройство воанрата я
ванна для охлаждения лернов; 12 — устройство для разрезки Труб; 13 — печь с шагающими
балками; 14 - калибровочный сив; 15 - холодильник
ной частя слитка; требуемая ориентация слитка достигается с помощью
поворотных столов); подогрев стакана в кольцевой печи до 1200-
1280 "С; прокатка в элонгаторе с прошивкой донышка стакана; введе-
ние оправки-дорна в гильзу (внестановая зарядка); прокатка трубы в
пилигрямовом стане (донной частью слитка вперед); извлечение, ох-
лаждение дорна и подача его на зарядку в гильзу, разрезка трубы на
мерные длины и обрезка затравочного конца и пильгерголовки с по-
мощью газовой или плазмонной резки; подогрев труб в печи с шагаю-
щими балками до 1000-1150'С; прокатка в калибровочном стане;
охлаждение; правка труб. В составе ТПА устанавливаются два пилм-
гримовых стана, имеющих минимальную по сравнению с другими ста-
нами производительность и являющихся "узким” местом агрегата.
Режимы деформации тонкостенных и толстостенных труб показаны
в табл. 50.
Сравнительные исследования на немолернизированноы и современ-
ном ТПА показали, что основные показатели качества труб и расход-
ные коэффициенты металла на них примерно равны. Это указывает
на преобладающее влияние качества исходного металла и важность
перехода на использование пепрерывнолитой заготовки. Модернизи-
рованные современные агрегаты в зависимости от размеров, формы
сечения и качества исходной заготовки позволяют работать по разным
схемам получения гильзы: с применением прошивного пресса и элон-
гатора; с применением только элонгатора в качестве прошивного
стана.
545
Таблица 5'0- ТаСпжщпрок»1К«грувн1ТПЛ5-12" (144-325мм)*
(чяеяиеж,— d X х, мм; зпмсвпепь — коэффициент вьпяжп)
Размеры готовых груб Ладметр слитка (средний) Прошивной прем“ Элонгатор Пилигримовый стен Калибровочный стаи**“
219X7,7 410 425X102 1,16 370 X 63 1,7 250 х 7,3 10,9 220,8X7,8 1,07
273 X 32 440 X 170“* 456 ХЩ 1,1 400 X 02 1.6 *р 276,5X32,4 1,01
♦Некоторые типы агрегатов, в частности е пилигримовым станом, обозначают по диамет-
ру прокатываемых труб. При зарождении трубного производства d дюймах, Г 25,4 мм,
выражали внутренний диаметр труб; в настоящее время трубы характеризуют наружным
диаметром, и "трубный дюйм", учитывая толщину стенок, больше, чем 25,4 мм,
“Толщина донышка стакана 100-150 мм.
♦“Сверленый еляток для котельной трубы.
““Размеры труб в горячем состоянии.
Трубопрокатные агрегат с трехвалковым раскатным станом
Формирование толщины стенки и диаметра труб на этих ТПА про-
изводится в станах винтовой прокатки: стенки - в трехвалковом рас-
катном, диаметра - в трех- или двухвалковом калибровочном. После-
довательная деформация в этих станах обеспечивает, с одной стороны,
возможность прокатки только толстостенных труб с d/s 4 ♦ 12, с дру-
гой - получение труб высокой точности, имеющих предельные от-
клонения по толщине стенки ±6%, по диаметру ±0,5%; высокую ма-
невренность агрегата; высокую дробность (градацию) размерных рядов
по толщине стенки и диаметру.
Отмеченные преимущества в полной мере проявляются при прокат-
ке толстостенных подшипниковых труб большого числа типоразмеров,
которыми в связи с этим формируют основную часть сортамента ТПА
с трехвалковыми станами. В свою очередь, прокатка таких труб, изго-
тавливаемых из высокоуглеродистой легированной стали типа ШХ15,
накладывает специфические особенности на технологический процесс
и состав оборудования ТПА и отделения отделки труб. Эти особенности
связаны с необходимостью предотвращения выпадения в металле
карбидной сетки при его охлаждении, снятия обезуглероженного слоя,
возникающего при нагреве металла, а также выполнения очень жест-
кого предельного отклонения по наружному диаметру, составляющего
+0,2 мм и обусловленного требованиями работы станков-автоматов
на подшипниковых заводах. К указанным особенностям относятся:
546
л ведение дополнительного подогрева труб перед прокаткой в калиб-
ровочном стане; установка спрейерпого устройства для ускоренного
охлаждения ниже температуры АГ1 труб с более толстой стенкой и
вентиляторов в начале охладительного стола для труб с более тонкой
стенкой; установка бесцентрово-токарных станков для обточки на-
ружной поверхности труб. Обточка, уменьшая толщину стенки отно-
сительно быстрее, чем диаметр, расширяет диапазон d/s до 15-17,
однако снижает точность стенки готовых труб из-за наличия в про-
катанных трубах разностеяности, кривизны и овальности.
На агрегатах с трехвалковым раскатным станом прокатываются
трубы диаметром 34- 260 мм. Максимальный диаметр труб определя-
ется конструкцией и мощностью станов винтовой прокатки (прошив-
ного, трехвалковых раскатного и калибровочного), составляющих
основу ТПА. Минимальный же диаметр на трехвалковых станах огра-
ничен: из геометрической схемы (рис. 255) при полном сближении вал-
ков получим dnfo - DB/(i,5 (например, d, 3» 70 мм при ПБ = 450 ым).
Поэтому для расширения сортамента выпускаемых труб в сторону
малых диаметров на многих современных агрегатах дополнительно
устанавливаются непрерывные 5-12-клетевые калибровочные станы
продольной прокатки. Для исключения этого же ограничения на
большинстве зарубежных ТПА в качестве калибровочного устанавли-
вается двухвалковый стан с направляющими линейками. Такой стан,
наряду с возможностью прокатки меньших диаметров труб, допуска-
ет более высокие обжатия без гранеобраэоваиия; недостатком его яв-
ляется пониженная маневренность, обусловленная необходимостью
замены линеек при переходе на новый диаметр прокатываемых труб.
В отечественной металлургии работают три ТПА с трехвалковым
раскатным станом: ТПА 160 и 200 с одним раскатным станом произво-
дительностью до 215 тыс. т/год; ТПА 200 с двумя параллельными рас-
катными станами производительностью 360 тыс. т/год (рис. 256). Тех-
нологический процесс на этих ТПА отличается только различными
вариантами калибрования труб; на ТПА, включающем калибровочнме
станы винтовой и продольной прокатки, производятся следующие
Ряс. ИЗ. Схеме к определению минимального
диаметр» труБы, прокатываемой в трехвалковсм
стане
547
Гкс. 256. Схема расположения оборудования ТПА 200 ВТЗ с двумя параллельными лини-
ями реекикн и калибрования труб:
1 - кольцевая печь; 2 - зацентровщик; 3 - прошивной стан; 4 - трехвалковый раскатной
стаи; 5 - оправкоязвлжятель; б - ванна для охлаждения оправок; 7 - машина для смазки
оправок; 8 - печь е шагающими балками; 9 - калибровочный нятрерыввый стаи; 10 -
индукционная печь; 11 - трехвапковый калибровочный стаи; 12 - епрейервое устройство;
13 - пила для отрезки проб; 14 - холодильник
Таблица 51. Таблица прокатки подл
знимеиииж — клаффицмвт тиным».»)
: труб на ТПА 2N (велите* - d X j, мм;
Размеры труб Диаметр Прошивной Раскатной
--------------------заготов- стан стан
готовых* после про- ни
катки**
Калибровочный стан***
70^X8,80,5) 72,1X103 115
183X163 186X19,6 190
(18,1)
116X203
1.7
212X30
1,65
91x9,4
2,56
189,6 X 19,7
1,62
188,4X19,8
1,005
•Размеры после обточки ("чистовые"); указана минимальная допустимая толщина стог
ки Ыщщ, равная номинальному значению jH, учитывая одностороннее плюсовое предел*'
ное отклонение по толщине стенки Дз подшипниковых труб; в скобках - среднее зпаяе-
пие стенки после обточки ЫпЦд + 03 Ат.
«Размеры в холодном состоянии ("черновые”).
«•Размеры труб в горячем состоянии. Д
операции: нагрев заготовок в кольцевых печах (углеродистые и леги-
рованные стали - до 1150-1250 *С, стали типа ШХ15 - до 1050-1140 "С);
зацентровка заготовок; прошивка в двухвалковом прошивном стане
(на отдельных агрегатах - в трехвалковом стане); введение оправки
в гильзу и прокатка в трехвалковом раскатном стане на свободно-
плавающей оправке (в отдельных случаях - на удерживаемой оправ-
ке); извлечение оправки на цепном оправкоизвлекателе; охлаждение
оправки; нанесение на нее Триполи фосфата ой смазки и подача на вход-
548
кую сторону раскатного стана; подогрев труб в печи с шагающими
балками (углеродистые и легированные стали - до 1000-1050’0,
HLX15 - 950-980 ’С); калибрование труб по различным схемам - толь-
ко в трехвалковом стане, только в непрерывном стане (с обжатием на
10-25%), последовательно в непрерывном и трехвалковом станах с
подогревом в индукционной печи; предварительное ускоренное ох-
лаждение толстостенных подшипниковых труб в спрейере до 650-
700’С; окончательное охлаждение на холодильнике; правка труб.
Режимы деформации труб проиллюстрированы в табл. 51.
Сравнение показателей производства труб на различных ТПА
Ряд важных технико-экономических показателей (сортамент, точ-
ность труб, производительность ТПА) приведен при рассмотрении от-
дельных способов прокатки. Некоторые дополнительные показатели,
а также сравнение различных ТПА даны в табл. 52. В таблице выделены
показатели, характеризующие преимущества и обусловливающие
конкурентоспособность ТПА каждого типа.
Одним из основных компонентов себестоимости труб, как и любого
вида проката, является стоимость заданного, составляющая 70-95%
общей себестоимости и зависящая от материала труб и расходного
коэффициента металла. На ТПА, производящих трубы из катаной за-
готовки, значения расходных коэффициентов зависят от вида и ма-
териала труб н имеют примерно одинаковую величину. Повышенные
расходные коэффициенты на ТПА с пилигримовым станом объясняются
большой обреэыо затравочного конца и пильгерголовки. Эти коэффи-
циенты рассчитываются от слитка к готовой трубе. Учитывая значи-
тельно более низкую стоимость слитка по сравнению с катаной заго-
товкой, себестоимость труб на ТПА с пилигримовым станом на 20- 25 %
ниже, чем на других агрегатах. Повышенный расходный коэффициент
металла на ТПА с трехвалковым станом связан с обточкой подшипни-
ковых труб.
Существенное влияние на себестоиыостъ оказывает производите ь-
•гость ТПА. Резко отличаются по производительности ТПА с непрер л-
пым оправочным станом. Однако затраты на более дорогостоящий
технологический инструмент выравнивают себестоимость труб на этих
ТПА и ТПА с автоматическим станом. Высокая эффективность приме-
нения ТПА с непрерывным станом обусловлена, тем не менее, боль-
шим объемом производства труб на одном агрегате, заменяющем при
производстве массового сортамента несколько агрегатов другого типа,
а также хорошим качеством внутренней поверхности труб, прокатан-
ных на свободноплавающей оправке, что особенно важно для труб
передельных, направляемых на холодную деформацию.
549
Таблица 52. Техшто-экстемкчеаагетжвзззтвли прсжяткитрубн» ТПА
Показателя ТПА
с непре- рывным оправоч- ным ста- ном спилигри- мсвым стансы с трехвалко- вым раскат- ным станом
станом автомати- ческим тандем
Показе ельтонкостеявостя 4-40 4—30 10-30 4-40 4-12 (17*)
Градация размерных рядов, мм: диаметра............ 3-7 3-7 3-7 3-7 До 0,5 (0,2*)
толщины стенки....... 0,5 0.5 0/ 0,5 До 0,1
Среднее значение предельно- го отклонения: диаметра +1% ±1% +1% ±1% ±0,5%
толщины стенки....... +123% ±12/% ±12,5% +12/% ±6%
Относительный уровень про- изводительности (иа сопоста- вимом сортаменте) ....... 1 4,5 0 5 0.9
Маневренность (рациональ- ность прокатки малых пар- тий труб)** + + +
Широта охвата марочного сор- тамента. + ♦
Расходный коэффициент ме- талла 1,07-1,14 1,07-1,12 1,09-1,12 1/1-1/1 1,09-1,27*
*С учетом обточки.
*♦’+" и - высокий и низкий уровень.
8. Производство труб прессованием
Трубы из высоколегированных сталей и сплавов, обладающих по-
ниженной пластичностью, некоторое количество специальных труб из
углеродистых и легированных сталей, а также практически все горя-
чедефорыированные трубы из широкого диапазона цветных металлов
и их сплавов получают методом прессования.
Несмотря на более высокую, по сравнению с горячей прокаткой,
стоимость передела (что связано с эксплуатацией сложного оборудо-
вания и более высоким расходным коэффициентом металла, состав-
ляющим 1,12-1,20), широкое распространение прессовых агрегатов
для производства труб, особенно за рубежом, объясняется рядом
преимуществ процесса прессования. К этим преимуществам относятся:
550
благоприятная схема напряженно-деформированного состояния,
обеспечивающая максимально возможную деформируемость металла,
благодаря чему можно получать трубы из малопластичных сталей и
сплавов и процесс осуществлять с особо высокими степенями дефор-
мации; коэффициенты вытяжки углеродистых сталей достигают 60,
высоколегированных сталей - 30, титана - 50, никеля - 15, меди - 250,
чистых алюминия и свинца - 1000;
высокая маневренность процесса, связанная с быстрой сменой инст-
румента, позволяющая применять прессование при мелкосерийном
производстве; это особенно важно при производстве труб из сплавов,
а также делает процесс прессования более рентабельным, чем прокатка,
при производстве малотоннажных партий труб ответственного назна-
чения из углеродистых и легированных сталей;
возможность получения полых профилей сложной, не достигаемой
прокаткой, конфигурации, а также биметаллических труб различных
сочетаний;
более высокая, по сравнению с прокаткой, точность размеров труб;
возможность получения более тонкостенных труб, как готовых, так
и заготовок для холодного передела (что сокращает цикличность это-
го передела).
На трубопрессовых агрегатах производятся трубы из различных
сталей диаметром 25- 245 ым, цветных металлов - 20-560 мм. Макси-
мальный диаметр труб определяется номинальным усилием пресса,
минимальный - допустимым наименьшим диаметром иглы-оправки
(ее разогревом и возможностью обрыва). При производстве стальных
труб применяется редуцирование, тогда минимальный диаметр труб
определяется мощностью редукционного стана.
Для прессования труб используются прессы двух типов - механи-
ческие и гидравлические. Механические вертикальные прессы имеют
привод подвижного инструмента - пресс-штемпеля и иглы - от
электродвигателя и маховика через кривошипно-шатунную передачу.
Такой тип привода ограничивает усилие прессов, составляющих 10-
16,5 МН (в отечественной черной металлургии эксплуатируются прес-
сы 12,5 и 15 МН), и, кроме того, создает крупный технологический
недостаток - переменную скорость прессования Ущ» изменяющуюся
в процессе деформации от максимального значения (С 240 мм/с) до
нуля и приводящую к переменным свойствам трубы по длине. В связи
с этим механические прессы имеют ограниченный сортаыент - трубы
диаметром 38-102 мм из углеродистых и легированных сталей с невы-
соким сопротивлением деформации, реже - из высоколегированных
сталей. Огравичеиия хода инструмента, диаметра и массы заготовок
(^60 кг) обусловливают низкую производительность механических
551
прессов, поэтому в последние годы преимущественно строились гид-
равлические прессовые установки.
Гидравлические трубопрофильные прессы имеют привод от специ-
альных насосно-аккумуляторных станций. Гидравлический привод
позволяет создать прессы значительного диапазона усилий - 4-80 МН
и более (вплоть до уникальных прессов усилием 100-300 МН для прес-
сования стальных труб диаметром 500-1200 мм). Прессы имеют в ос-
новном горизонтальное исполнение. В отечественной черной метал-
лургии работают четыре горизонтальных гидравлических трубопро-
фильных пресса: 16, 20, 31,5 и 55 МН. На последнем из них прессуются
трубы из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей
и сплавов диаметром 83- 245 мм, последующим редуцированием сор-
тамент расширен до 57 мм. Скорость прессования достигает 300 мм/с,
темп прессования - 75 шт/ч (на пресет 20 МН — 120 шт/ч). Скорость
прессования Упр я истечения металла из матрицы X на мощных
прессах ограничена разогревом металла и инструмента, зависящим от
степени деформации и скорости скольжения, и в связи с этим - поте-
рей пластичности металла, .налипанием на инструмент, ухудшением
качества труб. Практически скорость истечения составляет: у сталей -
3-12 м/с, меди и сплавов - 1-5 м/с, алюминия и сплавов - 0,05-1 м/с.
Большое усилие и ход главных цилиндров современных прессов поз-
воляют осуществлять прессование из заготовок повышенного диамет-
ра, дли™ и массы, что обусловливает их высокую производительность.
Процесс изготовления труб включает две операции: прошивку за-
готовки и прессование гильзы в трубу. Эти операции могут осущест-
вляться раздельно в двух последовательно установленных прессах -
прошивном и трубопрофильном, либо совмещаться в одном прессе.
При производстве труб из широкого диапазона марок стали и спла-
вов, включая трудиодеформируемые, применяются раздельные опе-
рации. Прошивка осуществляется в вертикальных гидравлических
прессах усилием 5-35 МН; гильза должна быть получена сквозной
(в отличие от получения стакана перед прокаткой), чтобы в трубопро-
филъном прессе можно было произвести свободный ввод иглы в гиль-
зу. Для этой цели процесс прошивки ведется не в глухом контейнере,
закрытом сплошным опорным пуансоном (см. рис. 227), а в контейнере
со сквозной матрицей, отверстие которой на первых стадиях процесса
запирается подпорной иглой (рис. 257). Процесс включает четыре ста-
дии. Первая и вторая стадии - распрессовка заготовки в контейнере
и установившейся процесс нарастающей прошивки. Высота очага де-
формации hD (см. рис. 228) в процессе движения иглы при прошивке
примерно постоянна, усилие Рпт снято, усилие Ря постоянно или нес-
колько возрастает в связи с тем, что увеличивается высота прошитой
части гильзы я трение ее о поверхность контейнера. Скорость прошив-
552
he. 257. Ста прошивки заготовки в жвазяую гжлыу.
в - окоячавие рвспреоинкх х формирование округленного торца мготовга (исходная
мготовка поимва штриховой ливней); б — окоясавие нарастающей прошивки и фоум>-
ровшив донышка; в — срез донышка; I — проливная игла с плоекхм наконечником; 2 —
ресс-шттвш. с вогнутой головкой; 3 — втулка контейнера; 4 — матрица; 5 — подпорная
игла; (—гильза; 7-выпресеовка
ки составляет 300- 400 мм/с. Третья стадия - формирование донышка
заданной толщины. При подходе иглы к дну контейнера процесс уста-
новившегося течения нарушается: начинается осадка металла под
иглой, усилие Ри нарастает; толщина доньппка определяется заданным
ограничением усилия прошивки. На четвертой стадии снимается уси-
лие с подпорной иглы, за счет усилия Рм происходит открытие матрицы,
срез донышка и отделение образующейся выпрессовки высотой 10-
20 мм от гильзы. Наличие выпрессовки увеличивает расходный коэф-
фициент металла, что является недостатком процесса прошивки сквоз-
ных гильз.
Для получения гильз высокой точности и повышенной длины (с
If/dn = 10 +12) применяется процесс экспандирования — расширения
отверстия предварительно сверленных заготовок (рис. 258). Сверление
по оси заготовки выполняют диаметром не более 50 мм, так как иначе
заметно увеличивается расход металла. Распрессовка заготовки в
контейнере не производится, поэтому при экспандирования сочетаются
процессы заполняющей и нарастающей прошивки. Усилие эксплициро-
вания на 25-30% ниже, чем при нарастающей прошивке, в связи с
чем оно наиболее рационально при обработке труднодеформируемых
сталей и сплавов. Экспандирование может производиться как в про-
553
Лк. 258. Схема эиландирввавия сверленной заготовки:
а — установившийся процесс (исходная заготовка показана штриховой пинией); 5 - еры
выпреесовки; 1 - зкспандирующий наконечник иглы; 2 - выпреееовка
шивных, так и в специальных, более простых по конструкции прес-
сах, в которых пресс-штемпель, подпорная игла и их приводы отсутст-
вуют. При длине гильз 500-800 ым машинное время прошивки состав-
ляет 3-10 % времени такта; в этих условиях экспандирование, поз-
воляющее получать гильзы повышенной длины и массы, увеличивает
производительность всего агрегата.
Процесс прессования гильзы в трубу на труб опрофильном прес-
се (рис. 259) включает следующие стадии: 1 - распрессовка; II - начало
течения, характеризующееся повышенным усилием при выдавливании
через матрицу металла охлажденного торца заготовки с недостаточ-
ным поступлением смазки; III - установившееся течение с постоянной
высотой очага деформации hn и постепенно снижающимся усилием
прессования по мере уменьшения высоты заготовки в контейнере;
IV- образование пресс-остатка заданной толщины, отвечающей приня-
тому ограничению усилия прессования, которое интенсивно нарастает
при подходе пресс-шайбы к матрице на расстояние h < hB. Операции,
осуществляемые после собственно прессования, показаны на рис. 259.
Совмещенный процесс прошивки и прессования, производимый в
одном прессе (рис. 260), применяется при производстве труб из цвет-
ных металлов на гидравлических прессах, а также углеродистых и
легированных сталей на механических прессах. Прошивная игла
пресса по окончании прошивки служит как игла-оправка при прессо-
вании. Подпорная игла не устанавливается, поскольку выходная сто-
рона пресса должна быть свободна для приема выпрессовываемой
трубы. Первые стадии - распрессовка и установившийся процесс на-
554
Рж. 259. Схема прессования гильзы в трубу;
в - стадия установившегося течения; б — исходное (перед распрессовкой) и конечное по-
ложения пресс-шммпеля; в - изменение усилия прессования в течение рабочего хода
(ip - рабочий ход пресе-штемпеля; hn - толщина пресе-оиатка); г - отвод пресе-штемпеля
и иглы; д - отвод контейнера, отрезка преее-остатка от трубы, разделение пресе-сстатка
и прые-шайбы; 2 - втулка контейнера; 2 - пресс-штемпель; 3 — игла (оправка); 4 — пресс-
шайба; 5 - матрица; 6 - смааочная ствклошайба; 7 - очаг деформации высотой (очер-
чен штриховой линией) при установившемся течения; 8 - гилыа; 9 - дисковая пила;
10 - труба; 11 - пресс-остаток
Рж. 240. Схема совмещенного процесса прошивки и прессования:
а - переход от нарастающей прошивки к течению металла в матрицу; б - начало прес-
соваиия
растающей прошивки. В определенный момент усилие нарастающей
прошивки становится равным усилию прямого истечения металла в
открытую матрицу; начинается одновременное течение в одну и дру-
гую стороны, затем только в матрицу. По мере уменьшения высоты
непрошитой части заготовки происходит срез центральной зоны, за-
тем - отрыв выпрессовки. Высота выпрессовки hB при таком способе
прошивки больше, чем в процессе с подпорной иглой. После установки
иглы в матрице начинается прессование, последние стадии которого
такие же, как при раздельном прессовании.
555
Тк. XI. Схема прессования шгвмияиввых труб черва матрицу с вмонтированной иглой:
1 - собственно ммрищ; 2 — раееекиеад 3 - игла; 4 — сварной шов грубы
Особую разновидность процесса прессования представляет собой
получение алюминиевых труб из сплошного слитка (рис. 261) без пред-
варительной прошивки с использованием матрицы с вмонтированной
иглой. Используется способность алюминия к созданию прочного свар-
ного шва после разрезки металла рассекателем матрицы на два потока
и их последующего сдавливания в кольцевом зазоре между каналом
матрицы и иглой. Такой процесс возможен в прессах без прошивной
системы.
Прессование первоначально применялось только для получения
труб из цветных металлов на тихоходных гидравлических прессах.
Такой процесс осуществляется с применением смазок - минеральных
масел с добавками графита и др., позволяющих снизить усилие прес-
сования на 40-50 % и повысить скорость истечения, либо без смазки,
что, например, при прессования медных сплавов позволяет получить
поверхность труб более высокого качества. Следующим этапом разви-
тия процесса явилась разработка быстроходных механических прес-
сов, в которых процесс деформации длится 2-3 с, что позволило прес-
совать трубы из углеродистых и легированных сталей с применениеы
графитовых смазок. Попытки осуществить в таких условиях прессо-
вание высоколегированных сталей не увенчались успехом, что было
связано с науглероживанием металла и быстрым выходом из строя
матриц из-за выдавливания смазки в отверстие матрицы в самом на-
чале процесса. Дальнейшее развитие процесса и освоение прессования
высоколегированных сталей и сплавов было достигнуто только после
применения нового смазочного материала - стеклосмазки, образующей
вязкую пленку при оплавлении на контакте с металлом. Эта смазка
одновременно удовлетворяет ряду требований: она обладает хорошими
антифрикционными свойствами, имеет высокие теплоизоляционные
свойства, не оказывает термохимического воздействия на металл.
Стекла различного состава применяются для смазывания всех под-
вижных контактирующих поверхностей деформируемого металла и
инструмента при прошивка (или экспандировании) и прессовании.
Технологический процесс производства стальных труб на агрегате
556
Ри. М2. Схема расположения оборудования хгрвата с тоубирофильным прессом усилием
55МНВТЗ:
J - коль— - —ль; 2 - гориэоятзлъиые нялугасры; 3,7,13,14 — установки для гндроеби-
ва окалины; 4, I - стелы для нанесевия смазки; 5 — мрмпсапыткй прошивной пресс уси-
лием 25 МН; 6 — вертикальные индукторы; 9 - горизонтальный трубопрофильный пресс
усилием 55 МН; 10 — установка для закалки труб; 11 - дисковая шли для обрезки перед-
них концов труб; 13 — печь с питающими балками; 15 — 24-клигоой редукщкшяо-расаяж-
вой став; 16 — холодильник; 17, 18 — передвижнхя ж статпишарная пилы для риричги и
обреяси пакетов труб
с трубопрофильным прессом 55 МН, установленной на ВТЗ (рис. 262),
следующий: подготовка заготовки (разрезка; снятие фаски на торце,
примыкающем к стеклошайбе в трубопрофильном прессе; при необ-
ходимости обточка, сверление); нагрев в кольцевой печи - полный
нагрев углеродистых и легированных сталей до 1100-1250 "С, пред-
варительный нагрев высоколегированных сталей и сплавов до 700-
850 *С; окончательный нагрев высоколегированных сталей и сплавов
до 1050-1200 *С в проходных горизонтальных индукторах; гидросбив
окалины; нанесение стеклосмазки: на наружную поверхность заготов-
ки - путем обкатки (перекатыванием по наклонному стопу с нанесе-
сенным слоем стеклопорошка, оплавлением его и прилипанием к
металлу), под противную иглу - путем забрасывания порции стек-
лопорошка на торец заготовки; прошивка (с образованием закруг-
ленной фаски на торце с целью предохранения стеклошайбы в трубо-
профильном пресса от предварительного разрушения и устранения
скалывания заостренной кромки, приводящей к повреждению матри-
цы и трубы) или экспандирование на вертикальном прошивном прессе;
подогрев гильз в вертикальных индукторах до 1050-1250 "С; гидро-
сбив окалины, нанесение смазки на наружную (путем обкатки) и внут-
реннюю (путем забрасывания порции стеклопорошка) поверхность
гильзы; установка предварительно сформованной стеклошайбы на
матрицу трубопрофильного пресса; прессование в труболрофильвом
прессе; дальнейшая обработка углеродистых и легированных труб:
обрезка передних концов, подогрев в печи с шагающими балками,
гидросбив окалины, редуцирование, охлаждение, пакетная порезка
труб, химическое удаление стеклосмазки, правка труб; дальнейшая
обработка труб из высоколегированных сталей: охлаждение (после
передачи транзитом от пресса на охладительный стол), порезка, трав-
557
Таблица 53. труб ш агрвие с трубопрофжяьяым прессом 55 MR
(жклятеж. - d X t, мм; аимвяиепь -
Виды и размеры Диаметр Прошивной Трубопрофиль- Редукциояно-
готовых труб заготовки пресс ный пресс" растяжной стан
Углеродистые
7« X 4 335 X 100 136X5 77X4*
320 1.19 38.2 2.3,
Коррваиовяо- стойкие
114X5,5 271X78 116,6 X 5,6*
270*** 24.3 -
•Размеры труб в горячем состоянии.
"Размеры мириц и игл рассчитываются с учетом толщины слоя смааки 0,2-0,4 мм,
•"Диаметр после овточкя 261 мм, диамэтр сверления 30 мм,
пение, правка; часть труб дйя получения требуемых механических
свойств подвергается закалке, после чего поступает на последующую
отделку.
Режимы деформации труб из углеродистых и коррозионностойких
сталей на этом агрегате приведены в табл. 53.
9. Основные дефекты и пути повышения качества
горячедеформиров&нных труб
Образование дефектов труб связано с двумя причинами: наличием
дефектов исходного слитка или заготовки; отклонением от оптималь-
ных параметров технологического процесса подготовки заготовки,
нагрева и деформации труб, а также использованием некачественного
технологического инструмента. В соответствии с этим имеющиеся
на трубах дефекты делят на две категории - дефекты металлургичес-
кого и трубопрокатного происхождения.
К характерным дефектам металлургического происхождения отно-
сятся: а) сталеплавильные плены (отслоения) на наружной и внутрен-
ней поверхности и расслоения (нарушения сплошности) стенки труб,
являющиеся результатом раскатки дефектов слитка или непрерывно-
литой заготовки (газовых пузырей, неметаллических включений)
при непосредственном их использовании для производства труб, либо
раскатки дефектов катаных заготовок, возникших на них также из
дефектов слитка при прокатке на трубозаготовочном стане; б) прокат-
ные плены, являющиеся результатом раскатки дефектов катаной за-
готовки, возникших вследствие нерационального осуществления
558
процесса деформации (подрезы, закаты, усы-бунты), а также раскатки
иепологих мест ремонта заготовки. Качество исходного металла, как
правило, оказывает решающее влияние на качество горячедеформи-
рованных труб.
Дефекты трубопрокатного происхождения имеют специфический ха-
рактер для каждого из процессов производства труб. Так, при про-
шивке в стана винтовой прокатки могут образоваться такие дефекты:
внутренние плены, расслоения у внутренней и наружной поверхности,
трещины, образующиеся в связи со сложным напряженным состоянием
металла; эксцентричная разностенность (см. рис. 220, а). Эти дефекты
не устраняются на последующих станах и составляют в конечном ито-
ге подавляющую часть дефектов готовых труб трубопрокатного про-
исхождения. В связи с этим на ТПА, включающем прошивной стан,
процесс прошивки с точки зрения качества труб считается наиболее
ответственным. При продольной оправочной прокатка в круглых ка-
либрах возможно образование усов при переполнении калибров, на-
ружных и внутренних закатов в результате деформации уса или наплы-
ва на оправке в последующих калибрах, поперечных трещин - сквореч-
ников от действия растягивающих напряжений в выпусках калибров,
наведение поперечно-симметричной и продольной разностенности
(см. рис. 220, б, г). Характерным видом брака на короткооправоч-
ных станах являются внутренние риски, образующиеся в результате
скопления окалины перед оправкой, износа оправки и налипания
металла на нее. При продольной безоправочной прокатке тонкостен-
ных труб в результате потери устойчивости профиля возможны ужи-
мы - перегибы стенки внутрь трубы при большом редуцировании;
наводится симметричная разностенность - граненность (см. рис. 220, в;
247). Переменная величина натяжения при прокатке концевых
участков труб и их средней части обусловливает также продольную
концевую разностенность (см. рис. 248). Процесс прессования может
приводить к образованию продольных рисок в случае интенсивного
износа матриц и игл из-за неудачно подобранной смазки.
Рассмотрим механизм образования и пути устранения возникающих
в прошивных станах дефектов - наружных и внутренних плен, экс-
центричной разностенности, составляющих основную долю первичной
и окончательной (после ремонта и перереза) отбраковки труб.
Наружные плены образуются в результате раскатки трещин, зака-
тов и других дефектов металлургического происхождения (рис. 263).
Доказательством этому служит практически полное отсутствие таких
дефектов при прокатке обточенных заготовок (за искпючениеы слу-
чаев перегрева металла, глубокого износа или выкрашивания валков).
Радикальным средством устранения наружных плен при прокатке
необточениых заготовок является правильный ремонт заготовок,
559
Рж. 2& Обраэомвхе варужпых цофскгов типы из дефвстоо игодвпй заготовки при про-
вив;- трвцжя* (или мкл) и обриовавпгвеея аарукпм плел»; б 5; - веправяльяо
выполнении вырубка дефекта заготовки с l/h < 6 и обрвэоэввпшеея закаты (с последую-
щей раскаткой в плевы); в - правильно выполненная пологая вырубка шт зачистка де-
фекта с l/h > Б, раскатываемая без образования дефекта гилыы
осуществляемый в прокатных цехах, путем пологой вырубки или
зачистки с отношением размеров l/h > 6. После прокатки трубы осмат-
риваются; для лучшего выявления дефектов трубы ответственного
назначения перед осмотром проходят травление. Наружные плены
подвергаются абразивной зачистке, при этом толщина стенки в месте
ремонта не должна выходить за пределы минусового допуска. Пере-
дельные трубы из высоколегированных сталей и сплавов, идущие на
холодную деформацию, подвергаются обточке и расточке для удале-
ния всех возможных дефектов поверхности.
Внутренние плены являются результатом центрального разрушения
металла перед оправкой и раскатки его участков с радиальными тре-
щинами на оправке (рис. 264). Разрушение возникает закономерно,
если не выдерживается условие (374) и настроечное обжатие перед
оправкой с0 больше среднего критического определенного путем
лабораторных испытаний. Если же е0 < екр, то образование разруше-
ния возможно только в случае вероятных отклонений реальной плас-
тичности металла в сторону ее понижения от средней величины. Эти
отклонения могут быть вызваны металлургическими причинами:
зональной ликвацией химического состава, скоплением неметалли-
ческих включений, неблагоприятной концентрацией одной из фаз в
центральной зоне При двухфазном состоянии металла (например,
повышенным содержанием ферритной составляющей в аустенитной
коррозиоииостойкой стали). Понижение пластичности может быть
обусловлено и трубопрокатными причинами: выходом из оптималь-
ного температурного интервала пластичности при перегреве металла
в печи или интенсивном разогреве в очаге деформации; повышенным
числом циклов деформации перед оправкой из-за малого угла подачи
560
Рж. 264. Обрмоыняв ннутрвкввй плевы при проппихк
А-А - лопервчиое свчвие мготоакм в моете оВрмоывкя пвнтримего рирупмвжя перед
оправкой; Б—Б - поперечное еечеиие гилыы в мае» обраэовавкя нвутрекввй плевы
или при нестабильном захвате; повышенной овапизацией из-за непра-
вильной настройки стана (повышенном расстоянии между линейками)
или износе направляющего инструмента. Повышение качества гильз
по внутренней поверхности достигается путем оптимального нагрева,
повышения углов подачи валков, рациональной установки оправки,
применения правильной зацентровки заготовок и подготовки поверх-
ности валков, снижения овализации металла, а также применением
специальных калибровок валков с периодическими дробными обжа-
тиями перед оправкой, применением направляющего инструмента
с подвижной рабочей поверхностью (дисков, роликов) взамен непод-
вижных линеек. Трубы с внутренними пленами среднего и большого
диаметра ремонтируются путем абразивной зачистки, малого диамет-
ра - бракуются или подвергаются вырезке бракованных участков.
Эксцентричная разностенность возникает в связи с отклонением
носка оправки от оси прокатки. Она неравномерна по длине гильз,
достигая максимальных значений на концевых участках, и вызывается
несимметричным нагревом заготовки, изгибом упорного стержня,
неточным изготовлением оправки, а на концах, кроме того, - косиной
реза переднего торца заготовки, неточной его зацентровкой, повышен-
ной овальностью при деформации заднего конца заготовки. Ограни-
чением всех указанных факторов можно достичь существенного сни-
жения эксцентричной разностенности. Тем не менее, на концевых
участках труб она обычно выводит толщину стенки за допустимые
пределы, что влечет за собой повышенную обреэь, особенно передних
концов труб.
При выходе полой гильзы из очага деформации противного стана
начинается ее охлаждение, более интенсивное, чем охлаждение сплош-
ной заготовки на входе в стая. В результате образуется температур-
ный перепад между передним и задним концами гильзы, составляю-
щий 30-100*. Величина этого перепала тем значительнее, чем более
561
J6-1U
тонкостенна гильза и больше время прошивки. Указанное явление
особенно характерно для ТПА с автоматическим станом или станом
тандем, где основная деформации производится на прошивном стане.
Поступающая в короткооправочный стан гильза создает переменное
усилие прокатки по длине трубы (большее усилие на переднем более
холодном конце). Это, в свою очередь, приводит к переменной упру*
гой деформации клети и наведению продольной разностеииости труб -
передний конец труб на 0,2-0,6 ым толще, чем задний. Поскольку
стан настраивается на прокатку по минимальной толщине стенки, про-
дольная разностенность примерно на 0,1-0,3 ым повышает среднюю
толщину стенки труб, соответственно увеличивая при этом расход
металла. Складываясь с другими видами разностеииости, она может
приводить также к выходу толщины стенки за пределы допусков и
повышению обрези. Для снижения продольной разностенности сущест-
вует ряд методов: выравнивание температуры гильзы по длине путем
подстуживапия ее более горячей части с помощью спрейера, автома-
тическое регулирование положения валков короткооправочного ста-
на в процессе прокатки и др.
Снижение разностеииости, определяющее возможность снижения об-
рези, а также прокатки труб по минусовым допускам, является зна-
чительным резервом экономии металла при производстве труб.
Контрольные вопросы
1. Назовите последовательность основных технологических операций, выполняемых
при производства горячекатаных труб.
2. Назовите виды исходных заготовок для производства горячедеформированных труб
и рациональные области их испольэоваиия. Какие операции л е кЪкой целью производятся
при подготовке к прокатке различных видов заготовок?
3. Назовите преимущества и недостатки различных типов нагревательных печей, области
их использования.
4. В чем заключается принципиальное отличие винтовой прокатки от продольной?
5. Рассмотрите очаг деформации в прошивном стане; назовите технологический инстру-
мент, применяемый в двухвалковом стане.
6. Охарактеризуйте схему напряженно-деформированного состояния в центральной
зоне заготовки перед оправкой. Что такое критическое обжатие при винтовой прокатке,
какова его величина у различных марок стали?
7. В чем заключаются технологические преимущества и недостатки двух- и трехвалко-
ных прошивных станов?
8. Какие факторы влияют из производительность прошивного стана и качество гильз?
9. Дайте характеристику различных стадий захвата заготовок в прошивном стана.
10. Сформулируйте условие рациональной настройки прошивного стана.
11. Охарактеризуйте способы прошивки в прессе.
12. Охарактеризуйте очаг деформации при прошивке в прессе, изменение усилия в
течение процесса.
13. В чем заключаются преимущества и недостатки пресс-валковой прошивки? Назовите
области применения пресс-валковых станов.
562
14. Опишите схемы и уклжите маначеиие процессов предварительной раскатки гильз
* панах винтовой прокатки.
1S. Назовите преимущества и недостатки процесса продольной прокатки на короткой
оправке. Охарактеризуйте очаг деформации и режимы деформации в короткоолравочпых
станах.
16. Охарактеризуйте режимы деформации в непрерывном оправочном стане. Объяс-
ним возможность получения труб, длина которых превышает длину плавающей оправки.
17. Охарактеризуйте процесс прокатки и калибровку валка пилигримового стана. Назо-
ните преимущества и недостатки пилигримового процесса и область его применения,
18. Назовите особенности деформации, преимущества и недостатки процесса раскатки
а трехвалковом стане винтовой прокатки и области его рационального применения.
19. Охарактеризуйте калибровочный, редукционный и редукционно-растяжной непре-
рывные станы, покажите их общность и различия. Опишите закономерности изменения
толщины стенки труб при деформации в этих станах.
20. Чем вызвано ограничение величины деформации в трехвалковом калибровочном
стане винтовой прокатки. Какие преимущества этого стана’
21. Дайте общую характеристику ТПА с автоматическим станом и станом тандем. Ука-
жите преимущества и недостатки этих агрегатов и рациональную область нспвльэовалия.
22. Рассмотрите те же вопросы применительно к ТПА с непрерывным оправочным, пи-
лигримовым и трехвалковым раскатным станами.
23. Назовите преимущества процесса прессования труб.
24. Какие требования предъявляются к смазке при прессовании стальных труб?
25. Укажите типы и диапазоны номинальных усилий прессов для прошивки заготовок
и прессования труб.
26. Охарактеризуйте стадии процесса прошивки и эксплицирования заготовок. Назо-
вите рациональные области их применения.
27. Охарактеризуйте стадии процесса прессования труб.
20. Каковы основные различия процессов прессования труб из сталей и цветных метал-
лов!
29. Приведите общую классификацию дефектов горячедеформированных труб. Назо-
вите характерные дефекты горячедеформированных труб, причины их возникновения и
пути устранения.
Глава П1. производство холоднодеформитованных
труб
L. Общая технологическая схема производства
холодиодеформированных труб
Для получения холоднодефорыированных труб используются сле-
дующие методы обработки металлов давлением:
продольная периодическая прокатка на станах ХПТ и ХПТР;
волочение на линейных и берабанных станах;
поперечная прокатка;
продольная прокатка в непрерывном оправочном и безоправочном
станах;
механическое и гидростатическое прессование.
Основу массового производства холоднодеформированных труб диа-
метром 4-90 мм составляют процессы периодической прокатки и во-
563
лечения. Технологические процессы с использованием этих методов
включают следующие подготовительные, основные (обработка давле-
нием, термообработка) и отделочные операции:
1. Контроль качества и разбраковка исходных труб-заготовок, ремонт дефектов абра-
зивной зачисткой либо обработка всей поверхности - наружное и внутреннее шлифова-
ние или обточка и расточка.
2. Разрезка труб-заготовок из длины, соответствующие габаритам входных столов ста-
вов; зачистка торцов перед прокаткой.
3. Забивка концов труб перед волочепиаз (с целью формирования захватных головок)
п молотах, радиально- иля ротационно-ковочных машинах либо закатка их на ковочных
вальцах в холодном состоянии (при толщине стенки менее 2-2,5 мм) или после предвари-
тельного нагрева концов труб.
4. Предварительная термообработка труб-заготовок на некоторых высокоуглеродистых,
легированных и высоколегированных марок сталей и цветных металлов.
5. Наборка пакетов труб (в действующих трубоволочильных цехах примжяетея пакет-
ный способ обработки в транспортирования труб между отдельными операциями; в новых
цехах массовое производство холоднодеформирсваяных труб узкого сортамента предусмат-
ривается осуществлять в основном в поточных линиях).
8. Удаление окалины с поверхности горячедеформяроваияых л терм ооб раб отавных
труб-заготовок путш их травления. Травление труб из разных металлов производится в
ваннах с растворами серией, соляной, азотной иля плавиковой кяелот при температуре
50-70 'С, в щелочном расплаве при 400-500 ’С. Трубы диаметром менее 20 мм для устра-
нения закупорки окхсламя проходят яруйно-шгркуляципниое травление растворами
кислот.
7. Промывка труб в ванне с горячей водой и струями холодной воды, подаваемой под
давлением до 1,2 МПа на брандспойта; нейтрализация в ванне со щелочным раствором;
сушка в камере при 120-180 "С е целью удаления водорода из поверхностных слоев метал-
ла и предотвращения тем самым травильной хрупкости.
8. Окончательный осмотр заготовки, ремонт на шлифовальных стиках и отбраковка,
9. Нанесение полсмазочных твердых покрытий (омеднение, фосфатирование иля окса-
пэтярованве в зависимости от марки стали иля сплава и способа последующей леформа-
цин - прокатки яли волочения) е целью повышения адгезии (прилипания) смазки к по-
верхности трубы. Операция осуществляется в ваннах с соответствующими растворами,
где происходят химические реакции и осаждение покрытий.
10. Предварительное нанесение смазки на трубы путаз окунания пакетов в ванны е
подогретыми до 40-80 *С эмульсиями, жидкими маслами, солевыми растворами и после-
дующей сушкой труб. Если предварительная промасловка в ваннах на производится,
то смазке подастся непосредственно в очаг деформации: на валки станов ХПТ — в вице
эмульсий, выполняющих функции смазочно-охлаждающих жидкостей; на волоки - в ви-
де мыльной эмульсии или порошка; для смазки оправок внутрь труб вводят консистентные
масла, а также подают эмульсии через полый стержень.
11. Прокатка из ставе ХПТ иля волочение.
12. Разрезка труб большой длины, торцовка; продувка труб, не идущих на обезжири-
вание, для удаления стружки и металлической пыли.
13. Обезжиривание труб из высоколегированных сталей и сплавов в щелочных раст-
ворах и осветление в кислотных растворах для предотвращения науглероживания в про-
цессе последующей термообработки, приводящего к межкристаллитной коррозии, и полу-
чения чистой поверхности после термообработки.
14, Окончательная термообработка труб для получения требуемых структуры и свойств,
осуществляемая в камерных печах, проходных газовых иля электрических печах, аппа-
ратах электрокоптахтяого нагрева сопротивлением. С целью снижения окалинообраэоэа-
ния расширяется применение безокислительноео нагрева в защитной атмосфере или ва-
кууме.
564
15, Травление освегпенме труб, главным обрамм ю высоколегированных сталей и
сплавов, прошедших термообработку в печах боа исполыоваиия вяжяслигелмой пмос-
ферм или вакуума.
16. Правка труб: предварительная - из эксцентриковых прессах или станах продоль-
ной правки е параллельными роликами, заключительная - в пенах винтовой правки с
с «расположенными роликами.
17. Шлифовка или полировка поверхности труб яз вмсоколвироыяных сталей и спла-
вов путем обработки абрааявными кругами, лентами или электрохимическим способом.
1б. Обреям концов труб, контроль геометрических рымеров, поверхности, дефекто-
скопия, металлографический контроль, механические испытания, испытания внутренним
гидравлическим давление*, коррозионные испытания труб яз нержавеющих сталей, раз-
браковка, вырезка иля ремонт дефектов, нанесение враавнных антикоррозионных по-
крытий.
Представленный миогооперационный технологический процесс
включает однопроходную деформацию металла (пункт И) и, соответст-
венно, один цикл комплексной обработки - термической, химичес-
кой и обработки давлением (п.п. 3-13). В некоторых случаях, если
после первой операции прокатки или волочения труб пластичность
металла сохраняет достаточно высокую величину, может произво-
диться вторая и последующие операции деформации (до трех при де-
формации стальных труб, до 5 - цветных металлов и их сплавов) без
промежуточной термообработки, но в целом технологический процесс
остается одноцикличным. Такая технология характерна для произ-
водства толстостенных труб различных марок стали диаметром более
20 мм из горячедеформированной заготовки, производства тонкостен-
ных труб из электросварной заготовки. В связи с малыми потерями
металла на разовые угар при термообработке, травление, обрезку, за-
бивку концов труб расходный коэффициент металла не превышает
1,1-1,2.
В основном же процессы производства хоподиодеформированных
труб, особенно получение особотонкостенных труб малого диаметра
из высоколегированных сталей, хромоникелевых и титановых спла-
вов с высокими требованиями к точности размеров и качеству поверх-
ности, являются многопроходными (до 6-10 проходов на прокатных и
волочильных станах) и, соответственно, многоцикличными (операции
3-13 повторяются). Деформация в различных циклах осуществляется
прокаткой на станах ХПТ, ХПТР, оправочным и безоправочным во-
лочением. Общее число операций может достигать 200-250. Расход-
ный коэффициент металла при производства указанных видов труб,
учитывая операции расточки и обточки заготовки, обрезку, шлифовку,
полировку и другие операции, достигает 1,5 и более.
Сложность технологии и в связи с этим высокая трудоемкость про-
изводства и стоимость хоподиодеформированных труб обусловлены,
в первую очередь, ыногоцикличностыо процесса. Поэтому особенно
эффективными являются усовершенствования технологии и оборудо-
565
вания, направленные на снижение цикличности производства. Это
осуществляется, с одной стороны, за счет использования горячедефор-
мированных заготовок с метшими толщиной стенки и диаметром,
с другой - повышением разовой (за I проход) деформации при холод-
ном переделе: за счет замены волочения холодной прокаткой с более
высокими вытяжками, применением эффективных процессов теплой
прокатки и волочения взамен холодной, применением непрерывных
процессов, в том числе в двухрядных клетях станов ХПТ и ХПТР.
2. Прокатка труб на станах ХПТ и ХПТР
Продольная периодическая прокатка на станах ХПТ и ХПТР анало-
гична горячей пилигримовой прокатке. Их общими признаками явля-
ются: циклический характер деформации металла, при котором за каж-
дый цикл труба-заготовка задается в очаг деформации на величину
подачи тп, производится раскатка объема подачн и прокатываемая
труба удлиняется на величину линейного смещения глХ; малые част-
ные обжатия за цикл и большая суммарная деформация, достигающая
80—85% при прокатке сталей и 90-95% при прокатке цветных метал-
лов; аналогичная форма и структура очага деформации - рабочего ко-
нуса, включающего зоны редуцирования, обжатия и калибрования
толщины стенки и диаметра.
Характерным отличием конструкции серийных станов ХПТ и ХПТР
и процесса прокатки в них от пилигримового является наличие под-
вижной клети или валковой кассеты, совершающей возвратно-посту-
пательное движение при неподвижной трубе-заготовке и оправке.
Станы ХПТ
На станах ХПТ отечественной конструкции прокатываются трубы
диаметром 16-450 ым с толщиной стенки 0,4-35 мм из различных ста-
лей, цветных металлов и сплавов. Для производства труб указанного
сортамента разработан ряд типоразмеров станов, классифицируемых
по максимальному диаметру прокатываемых труб: ХПТ-32, ХПТ-55,
ХПТ-90, ХПТ-120, ХПТ-250, ХПТ-450. За рубежом на станах минимального
типоразмера получают трубы диаметром до 10 мм с толщиной стенки
до 0,2-0,3 мм; отечественная промышленность такие трубы произво-
дит на станах ХПТР.
Станы ХПТ предназначены для обжатия по диаметру и толщине
стенки. На них получают готовые трубы либо передельные трубы-
заготовки для дальнейшей деформации на станах ХПТ меньших типо-
размеров, станах ХПТР или волочильных.
Наибольшее распространение имеют станы ХПТ-32, ХПТ-55 и ХПТ-90
с подвижной двухвалковой рабочей клетью (табл. 54, рис. 265). Пере-
мещение клети производится с помощью кривошипно-шатунного ме-
566
Таблица$4. ОсяовиавмгамсггиажпярмтрмееркйвыхстиивХПТ
Параметры ХПТ-32 ХПТ-55 ХПТ-90
Римеры труб-эаготовок, мм:
диаметр .... , , ,. 22-46 38-73 57-102
толщине стенки, . ,, . 1,35-6 1.75-12 2,5-20
Римеры прпкапдаасых труб, мм:
диаметр 16-32 25-55 40-90
толщина стенки 0,4-5 0,5-10 0,75—18
Диаметр валка (калибра), мм ....... 300 364 434
Число двойных ходов в минуту 80-150 69-130 60-180
Максимальное линйвое смещение, мм 40 45 50
Масса рабочей клети, т 2,1 4/ 7,25
Тк. 265. Схема мехалиамоа привода перемещевия рабочей клети и поворота валков ста-
на ХПТ:
/и II-ааднве и передам крайни положения клети: I - кривошип; 2 - шатун; 3 - станина
рабочей клети: < - оправка; 5 - валок; 5 - полудиековый калибр; 7 - стержень оправки;
8 - ведомые шестерня; 9 - ведущая шестерня; 10 - эубчатая рейка
ханизма. Полному обороту кривошипа соответствует двойной ход
клети: прямой ход в направлении подачи заготовки и выхода трубы
и обратный ход. Клеть перемещается на катках или ползунах. На шей-
ках валков установлены спаренные ведомые шестерни, синхронизирую-
щие вращение валков, и ведущие шестерни, находящиеся в зацеплении
с неподвижными зубчатыми рейками, закрепленными на раме стана.
Наличие симметрично расположенных шестерен стабилизирует дви-
жение рабочей клети. Ведущие шестерни при перемещении клети обес-
печивают вращение (качательное движение) валков.
Клети станов больших типоразыеров для уменьшения массы под-
вижных частей и повышения быстроходности имеют неподвижную ста-
нину и подвижную облегченную кассету с двумя или тремя (в стане
ХЛТ-450) валками; усилия прокатки через бегунковые подшипники,
567
hr. 264. Валок стая» ХИТ с попу дисковым калибром:
1 - валок; 2- калибр; 3 -клин крепления калибра; 4 - болш
установленные на осях валков и перемещающиеся по опорным брусьям
станины, передаются на станину.
Для уменьшения количества технологического инструмента рабо-
чие валки станов ХПТ изготавливаются составными (рис. 266). Наибо-
лее распространенная конструкция валка имеет вырез, в котором кре-
пится сменный деформирующий инструмент - полудисковый калибр
(сталь ШХ15, 60С2ХФА; твердость поверхности ручья после термооб-
работки НИС 56-60). При использовании такого калибре с центральным
углом 180“ угол разворота валка (₽ принимается в пределах 185-215*.
Этот угол определяется длиной хода клети и радиусом начальной
окружности ведущей шестерни Иш (<Р = Ькл/^ш)- В свою очередь, ве-
личина Иш для создания минимального скольжения в ручье и мини-
мального осевого усилия на трубу-заготовку должна быть равна сред-
нему значению естественного катающего радиуса калибра йк.ер (^к со-
ответствует точке, в которой скорость валка равна скорости выхода
трубы при отсутствии приложенных к ней осевых усилий; ои является
переменной величиной по длине ручья и для каждого размера заго-
товки и трубы).
Прокатка ведется на конической оправке с конусностью 2tgG
= 0,01-0,04, в некоторых случаях на криволинейной или ступенчатой
оправке. Для создания переменного обжатия по длине очага дефор-
мации в стане ХПТ, как и в пилигримовом, радиус валка-калибра име-
ет переменную величину. Угловые участки ручья и его развертка по-
казаны на рис. 267. По длине ручья в него входят:
1) зев подачи - холостой участок с центральным углом 9xj на калиб-
ре и длиной lxi на развертке калибра; гх > 0,5 ds, поэтому на этом
участке калибр не контактирует с дефорыируеыыы металлом; при
нахождении рабочей клети в положении, близком к положению 1
568
hr. 2(7. Участки профиля ручья калибра, его развертка и очаг деформации в стаяв ХПТ:
I - полудакдвый калибр: 2 - развертка по вершине ручья калибра: 3 - очаг деформации
(рабочий конус); 4 - коническая оправка
(см. рис. 265), в период отсутствия контакта производится осевое
продвижение металла - подача заготовки в направлении очага дефор-
мации на величину т;
2) рабочая часть ручья 9р (1Р) с переменными радиусами /?; и п, ко-
торую составляют:
- зона редуцирования бред (/ред), где й2 > Rt (и соответственно
г3 < гД конусность очага деформации У;» я;
- зона обжатия стенки 9^ (1^, где R3 > Яа, г3 < ra, yf > я;
- зона калибрования стенки 9П (1ц) - придотделочный участок,
mR4>R3,r4<r3, yf»a;
- зона калибрования диаметра 9К (У - калибрующий участок,
где Rs » г5 r4, yf = 0;
3) зев поворота - холостой участок Э^п (^хп); ня этом участке гх >
> 0,5 dr и контакт калибра с металлом не происходит; при нахождении
рабочей клети в положении, близком к положению II, проводится по-
ворот - кантовка деформируемой трубы на 60-90* (поворот может
осуществляться также одновременно с подачей в положении I).
Схема деформации за один цикл прокатки (двойной ход клети)
569
Поворот
Уж. 268, Последователытоел основных операций яз стане ХПТ:
а - исходное положение металла перед очередным двойным ходом «летя; б - положение
металла и инструмента после подачи: в - прокатк» (прямой ход); г - очаг деформации
после прямого хода; д - положение металла и инструмента после поворота; е - прокатка
(обратный ход): ж - положение металла и инструмента после обратного хода клети (иден-
тично положении "о"); 1 - устройство для подачи и удержания заготовки при прокатка
(патрон заготовки); 2 - винт подачи; 3 - поперечное сечение трубы; 1Пр и (обр ” ллияа
мгновенного очага деформации при прямом и обратном хода; km\, mX - линейное сме-
щение при прямом ходе (к 0,7,,. 0,75) и аа двойной ход клети
показана на рис. 268. Деформация в подвижной клети на конической
оправке, как видим, наряду с принципиальными общими закономер-
ностями с деформацией в пилигримовом стане, имеет ряд отличий:
использование в качестве рабочих прямого и обратного ходов клети;
наличие двух зевов - подачи и поворота - в крайних положениях
клети; раздельные участки калибрования по толщине стенки и диа-
метру.
Производительность станов ХПТ зависит от величины линейного
смещения тХ за двойной ход и числа двойных ходов птл в единицу
времени. На станах ХПТ-32, ХПТ-55, ХПТ-90 при прокатке сталей
('nk)mex 40 + 50 мм при т»5*25ммиХ 2 + 5; число двойных хо-
дов снижается с увеличением типоразмера стана и, соответственно,
570
массы его рабочей клети; для указанных станов (Лдвд^х = 100 * 150
ходов в минуту. При этом производительность, в значительной мере
зависящая от прокатываемой марки стали, не превышает 150-300 м/ч,
т.е. составляет сравнительно невысокую величину. На зарубежных
станах малых типоразыеров (nOTJt)max достигает 200 и более.
Показателя многоцикпичного производства труб холодной дефор-
мацией существенно улучшаются при интенсификации процессов хо-
лодной прокатки, в первую очередь увеличении степени деформации
за проход. Увеличение степени деформации Е и коэффициента вытяжки
X = 1/(1 - с) позволяет снизить число проходов и цикличность произ-
водства. Это достигается за счет; применения процессов теплой про-
катки; увеличения длины очага деформации (рабочего конуса) и дроб-
ности деформации; кеприрывной прокатки в двухрядных клетях-
тандем.
Теплая прокатка сталей приводит к уменьшению упрочнения ме-
талла в процессе деформации, снижению его прочности и увеличению
пластичности. Процесс теплой прокатки труб на станах ХПТ разрабо-
тан ВНИИ трубной промышленности (ВНИТИ). Нагрев трубы-заготовки
производится непосредственно перед очагом деформации в индук-
торе до температуры 100- 250 *С; за счет дополнительного разогрева в
очаге деформации процесс осуществляется при 400-500 *С, что требует
использования специальных сыазочно-охлаждающих жидкостей. При-
менение теплой прокатки ряда сталей, в первую очередь коррозионно-
стойких, позволило в 1,5-2 раза повысить коэффициенты вытяжки
по сравнению с холодной прокатной, доведя их до 6-9. Изменение
режима деформации позволило: при применении многопроходной про-
катки сократить цикличность производства; при однопроходной про-
катке использовать заготовку большего размера, что улучшило по-
казатели работы агрегата горячей прокатки; повысить производитель-
ность станов. Например, при получения коррозионностойких труб
d X s - 20 х 1 мм холодной деформацией применяется трехпроходный
маршрут прокатки: 83 х 5 - 57 х 4,2 -» термообработка - 32 х 2,6 -»
-* термообработка -* 20 X 1; при использовании теплой деформации
ту же трубу получают с помощью двухпроходного маршрута: 83 X 6,5 *
-» 32X2,6 -» термообработка -» 20 X 1, сокращая один цикл комплекс-
ной обработки (термической, химической, обработки давлением).
При увеличении длины очага деформации 1р происходит соот-
ветствующее повышение дробности деформации - числа обжатий ис-
ходного сечения в конечное за время прохождения рабочего конуса,
которое составляет 15-30. Это, как установлено, ведет к повышению
пластичности металла и, следовательно, возможности достижения боль-
ших деформаций. Так как 10л (Op/tp)^, то увеличение длины оча-
га деформации достигается соответствующим увеличением длины хода
571
Ряс. Ж Подковообрааяый (с) и кольцевой (б) калибры стала ХПТ:
1 - валок; 2 - калибр
клети Lkj,. В длинноходовых станах для сохранения или даже умень-
шения диаметра валков, что позволяет получить трубы с наиболее
тонкими стенками, используются калибры с увеличенным по сравнению
с калибром-полудиском углом рабочей части ручья 0р: подковообраз-
ные (0р до 270‘, см. рис. 269) и кольцевые калибры (0р до 320*).
Применение клетей- тандем (рис. 270) с двумя рядами валков,
осуществляющих непрерывную прокатку, позволило еще больше уве-
личить длину очага деформации, так как в этом случае 1О.Я пропор-
ционально (Пи, + Ар). Дополнительный эффект в повышении пластич-
ности металла создает взаимодействие рядов валков. Станы тандем
ХПТ-90-4В, ХПТ-55-4В, ХПТ-32-4В (четырехвалковые), разработанные
ВНИТИ и ПО ’’Электростальтяжмаш”, позволили получить коэффи-
циенты вытяжки за проход до 8-12, сократить цикличность произ-
водства, повысить точность труб, поднять производительность станов
до400м/ч.
Существенно увеличивается производительность в многониточных
станах ХПТ: двухниточных (например, 2ХПТ-40), прокатывающих од-
новременно две трубы в двух ручьях, используемых для прокатки
стальных труб; трех ниточных - в цветной металлургии.
Особую разновидность станов холодной периодической прокатки
труб представляют собой станы со стационарной рабочей клетью (ХПТС),
разработанные МИСиС. Работа стана ХПТС и характер деформации
в нем такие же, как в пилигримовом: валки имеют равномерное вра-
Ткс.279. Рабочая клеть-тандем ставе ХПТ,
вхлвч*ющ&я дм ряда валков с кольцевы-
ми калибрами
572
щение в одном направлении, заготовка и труба совместно с оправкой
совершают возвратно-поступательное движение, обжатие производится
только при прямом ходе заготовки (валок обкатывает металл от заго-
товки к трубе). Действующие станы типоразмеров ХПТС 7-16, 2ХПТС
8-40 классифицируются по диапазону диаметров прокатываемых труб.
Обжатие только прямым ходом способствует повышению деформи-
руемости металла, в связи с чем в стане ХПТС достигаются очень вы-
сокие суммарные обжатия и коэффициенты вытяжки (X < 16). Исполь-
зование предварительно напряженных клетей большой жесткости
позволяет повысить точность труб, а снижение подвижных масс по
сравнению со станом ХПТ близких типоразмеров - создать высокую
частоту вращения валков. Вместе с тем, работа валков с предваритель-
ным прижатием и отсутствие из-за этого регулировки расстояния меж-
ду ними в действующих конструкциях клетей (что требуется для ком-
пенсации износа калибров), а также отсутствие деформации при об-
ратном ходе снижают возможности станов по точности труб и произ-
водительности и делают их рациональными при производстве труб из
трудиодеформируемых сталей и специальных сплавов, прокатываемых
небольшими партиями.
Станы ХПТР
Станы ХПТР, созданные но ВНИИметмаше, предназначены для про-
катки труб диаметром 3-120 мм с толщиной стенки 9,08-б мм из ле-
гированных и высоколегированных сталей, цветных металлов и спла-
вов. Разработан ряд типоразмеров станов: ХПТР 3-8, ХПТР 4-15, ХПТР
8 - 15, ХПТР 15 - 30, ХПТР 30 - 45, ХПТР 30 - 60, ХПТР 60 - 120 (по
Таблица 55. Оияиыетвхвмигячевие параметр етеяовХТП?
Перемеры ХПТР 8-15 ХПТР 15-30 ХПТР 30-60
Размеры труб-мготовок, мм:
диаметр . 9-17 16-33 31-68
ТОЛЩИНА CrSHKj-l............. . <2 СЭ <4
Размеры прокатываемых труб, мм:
диаметр ......... . 8-15 15-30 30-60
толщина стенки . 0,08-13 0,1-23 0,3—4
Диаметр роликов, мм............ . 52 62 83
Подача, мм . 13-8 2,3-13.1 23-15
Число двойных ходов в минуту...,. . 70-140 65-130 60-120
Коэффициент вытяжки . 3-5 3-6 5-6
Длина хода, мм:
клети . 450 450 600
сепаратора . 261-274 260-275 350-370
Производительность, м/«.......... . 15—35 15-35 15-35
Масса клети с сепаратором, т . 0,24 03< 0,96
573
диапазону диаметров прокатываемых труб). Параметры наиболее
распространенных станов приведены в табл. 55.
Схема возвратно-поступательного перемещения инструмента и де-
формации металла в стане ХПТР показана на рис. 271 и 272. Принци-
пиальными отличиями процесса в станах ХПТР от станов ХПТ являются:
применение роликов малого диаметра, что позволяет, благодаря
сравнительно малым контактным давлениям, площади соприкосно-
вения и усилиям деформации, прокатывать трубы с особо тонкими
стенками;
постоянный радиус и ручей постоянного сечения по периметру ро-
ликов, что значительно упрощает их по сравнению с валками станов
ХПТ и позволяет изготовить с высокой точностью;
создание переменного зазора между роликами и оправкой и пе-
ременного обжатия по длине рабочего конуса за счет переменной вы-
соты специальных калиброванных опорных планок.
Тж. 271. Схема прокатки труб в стаяв ХПТР и разрее клети:
I и II - заднее и переднее положения роликов; 1 — оперная планка; 2 — ролик; 3 - дефор-
мируемая труба; 4 - оправка; 5 - сепаратор; 6 — корпус (станина) клети; 7 - регулировоч-
ный клин; и Ijen - длина хода клети и сепаратора; h, - переменная высота опорной
планки и клина (А, + Лц + hf) = const; А/ > 4t- > Ад)
574
ж. 271 Схема привода перемещения клети и сепаратора стан» ХПТР:
i' - кривошип; 2 - шатун; 3 - корпус клети; 4 - опорная планку 5 - шарнир с устройством
для регулирования параллельности рычагов кулисного механизма; 6 — сепаратор с роли-
ками; 7 - рычаги кулисного механизма; S - шарнир с устройством для pwyпирования пле-
ча I, кулисы; 9 - кулиса
В положении 1 ролики разведены, производятся подача и поворот
заготовки. При прямом ходе клеть с закрепленными в ней опорными
планками перемещается со скоростью у^, с помощью кривошипио-
шатунного механизма, а сепаратор с заключенными в нем роликами -
со скоростью с помощью кулисного механизма. Благодаря тому,
что Укл > Veen и при этом межосевое расстояние 4( сокращается, проис-
ходит перекатывание роликов по трубе и ее обжатие. Соотношение
скоростей Ущ, и у^п определяется из следующих условий: на контакте
опорной планки с цапфой ролика (центр контакта - точка О), где дейст-
вуют очень высокие контактные напряжения, проскальзывание должно
быть исключено, так как в противном случае происходят быстрый
износ, потеря профиля и выход из строя инструмента; исходя из это-
го точка О ролика должна иметь скорость у^; на контакте ролика с
деформируемым металлом происходит скольжение, за исключением
точек соответствующих положению катающего радиуса; поскольку
точки в сечении выхода из очага деформации при прямом ходе, как и
заготовка, неподвижны, то точка Ot пкже неподвижна и является
мгновенным центром вращения ролика. Отсюда следует соотношение
скоростей
= (йк + (376)
где 7?к и Дц - катающий радиус и радиус цапфы ролика.
Это соотношение при работе стана создается и строго выдержива-
ется по длине хода клети специальным устройством кулисного меха-
низма (рис. 272), которое позволяет регулировать длину /а одного из
575
Рж. 273. Участки профиля опоряой плвнки, ее развертке и очаг деформации в стане ХПТР;
1 - опорная планка; 2 - развертка рабочей поверхности планки; 3 ~ очаг деформации (ра-
бочий конус); 4 - цилиндрическая оправка (участок 1хц создается только в «аиах с двой-
ным поворотом или двойными подачей и поворотом в положениях 1 и II}
плечей кулисы и поддерживать параллельность рычагов, присоединен-
ных к клети и сепаратору. Длина /, устанавливается так, чтобы полу-
чить отношение плечей кулисы
= Vkn/Vesn- (377)
Если отношение (377) подобрано неточно, то повышается скольже-
ние на контакте ролика с металлом, что может привести к возникно-
вению осевого подпора в трубе-заготовке. Осевой подпор ухудшает
условия деформации труб с тонкими стенками, особенно из-за ’’сты-
ковки” (врезания) торцов труб - заднего торца докатываемой трубы
и переднего торца вновь введенной в стан трубы, закрепленной в
патроне подачи,
При окончании прямого хода ролики сходятся и их ручьи образуют
круглый калибр, определяющий размеры готовой трубы, В крайнем
положении П ролики разведены; в этот момент также могут быть осу-
ществлены подача и поворот заготовки. Далее проводится обратный
ход и завершается цикл прокатки. Калибровка опорных планок, обес-
печивающая требуемый режим обжатия, и развертка очага деформа-
ции показаны на рис. 273. Длины участков на планке и развертке на-
ходятся Б соотношении Г/1 = (у^л “ vcen)/veen = Йц/Як-
Прокатка в роликах с постоянным сечением ручья не позволяет
иметь большого различия диаметров заготовки и готовой трубы, так
как в начале прямого хода может произойтв врезание реборд ролика
в заготовку. Поэтому в станах ХПТР редуцирование трубы минимально,
576
прокатка ведется на цилиндрической оправке, и производится в ос-
новном обжатия по толщине стенки. Для улучшения условий дефор-
мации применяется повышенное число роликов - три или четыре
(в стане ХПТР 60-120). Это уменьшает врез ручья в ролик, снижает
скольжение в калибре и налипание деформируемого металла на ролик.
В целью повышения производительности станов ХПТР, имеющей
обычно весьма низкие значения, повышения точности труб и сниже-
ния цикличности производства применен ряд усовершенствований
конструкции станов и технологического инструмента. Некоторые из
них аналогичны используемым на станах ХПТ, в частности:
двухрядные клети-таядем (ХПТР 3-8-2Р до ХПТР 30- 45- 2Р), позво-
ляющие увеличить длину рабочего конуса, в которых, кроме того,
благодаря различию диаметров ручьев роликов первого и второго
ряда можно увеличить редуцирование, сокращая при этом отдельную
операцию обжатия по диаметру;
двух- и трехниточные станы.
Основным фактором, сдерживающим повышение быстроходности
станов ХПТ и ХПТР, является прерывистый характер действия меха-
низмов подачи и поворота заготовки, которые работают только при
крайних положениях клети, когда металл не соприкасается с валками
(роликами). В НИТИ обоснован и применен новый способ ведения про-
цессов периодической прокатки, особенностью которого является пере-
ход от прерывистых к непрерывным подаче и повороту, осуществляе-
мым непосредственно в процессе деформации металла. Замена меха-
низмов прерывистого действия на механизмы непрерывной подачи
и поворота позволила на ряде действующих станов ХПТР достичь
почти двукратного увеличения числа двойных ходов в минуту при
одиовреыеииом увеличении суммарной подачи за двойной ход, что
существенно повысило производительность этих станов.
3.Волочение труб
Волочением производится трубы диаметром от 0,2 до 765 мм; дос-
тигнута минимальная толщина стенки 0,015 мм. Отечественной про-
мышленностью освоено производство стальных труб диаметром 0,3-
200 мм с толщиной стенки 0,03-12 мм, труб из меди и ее сплавов -
(3-360) X (0,5-10) мм, никеля и сплавов - (0,4- 258) X (0,05-12) мм,
алюминия и сплавов - (6-180) х (0,5-10) мм, титана и сплавов -
(6-62) X (1-4) мм. Трубы выпускаются в основном круглого попереч-
ного сечения, а также профильные - квадратные, прямоугольные,
шестигранные, овальные, звездообразные и др.
Широкое распространение процесса волочения обусловлено его
преимуществами - высокой производительностью, относительной
577
37-123
Лк. 274. Продольные (в, б) я поперечное (в) сечения очаге деформации при безопр&вочяом
волочении (с) и проталкивании (б) труб:
1 - волоке; 2 - груба; 3 - мгакная головка; 4 - подвижный зажим; о,, ог, од - продоль-
ное, радиальное и тангенциальное напряжения
простотой технологического инструмента и оборудования. Недостат-
ками процесса являются сравнительно низкие степени деформации
за проход по сравнению с холодной периодической прокаткой и, сле-
довательно, ыногоцикличность производства, а также высокий рас-
ходный коэффициент металла, связанный с подготовкой и отрезкой
захватных головок.
Степень деформации ограничена прочностью выходящего из волоки
конца трубы, определяемой усилием Q = o,Fv где о, - предел теку-
чести металла после деформации, Ft - площадь поперечного сечения
трубы. Устойчивое протекание процесса - без обрыва трубы или зах-
ватной головки при усилия волочения Р - обеспечивается условием
Р « (0,8 * 0,9) Q. (378)
Волочение труб осуществляется, как правило, в холодном состоя-
нии; при деформации трудиодеформируеммх сталей, вольфрама, мо-
либдена, тугоплавких сплавов, титана, некоторых алюминиевых спла-
вов используется теплое волочение с предварительным нагревом ме-
талла перед волокой до 100-700 *С.
В зависимости от цели - деформации только по диаметру или одно-
временно по диаметру и толщине стенки - применяются различные
способы безоправочного и оправочного волочения.
Безоправочное волочение (рис. 274) предназначено для обжатия
труб по диаметру и применяется, главным образом, на заключитель-
ных стадиях деформации - после холодной прокатки или оправочного
волочения. Наряду с основным процессом - собственно волочением,
применяется процес проталкивания, служащий для ввода в волоку
трубы без забитого переднего конца.
Степень деформации при безоправочноы волочении, в отличие от
578
0 Ю 20 30 W so djfy
Зависимость критической деформации при бваоправочком волочении от тонко-
яеинояи труб:
1 — из условия прочности выходящего конца трубы; 2 — из условия потери устойчивости
профиля трубы; а - область обрыва трубы; б - облапь потери устойчивости (штриховыми
линиями для сравнения показаны такие же зависимости: 3, 4 - для горячей беэоправоч-
ной прокатки - редуцирования при г - 0,7 и 0,5; S - для холодного редуцирования при
оправочного, ограничена двумя факторами. Наряду с условием (378),
превалирующим при вопочении труб с d/s < 25, при деформации более
тонкостенных труб главную роль начинает играть другой фактор -
устойчивость поперечного профиля трубы. В этом случае при превы-
шении критической степени редуцирования = (Ad/rfj)^ образуется
складка (рис. 275), расположенная вдоль образующей трубы (аналогич-
ный характер потери поперечной устойчивости наблюдается в редук-
ционных станах). В области устойчивого волочения относительное об-
жатие £ * Ad/da = 10-35%. Это соответствует применяемым коэффи-
циентам вытяжки X = 1/(1 - е) = 1,1 * 1,5. Оптимальный угол волоки
яв (по усилию волочения, износу) в зависимости от материала труб,
степени деформации и условий трения находится в пределах 6-15*.
В процессе безоправочного волочения происходит изменение тол-
щины стенки труб (рис. 276). Характер этого изменения - утолщение
(Sj/s,, > 1) или утонение (s,/5s < 1) - определяется соотношением напря-
жений о о и о р flg приводит к утолщению, Oj - к утонению стенки. На
практике sr/ss зависит, главным образом, от обжатия и тонкостенности
труб. При d/s > б, т.е. на подавляющей части сортамента, толщина стен-
ки увеличивается, причем проталкивание характеризуется более ин-
тенсивным утолщением. При вопочении труб с высокой исходной по-
перечной разностеииостью происходит неравномерное изменение
толщины стенки по периметру. В местах с более тонкими стенками
тангенциальные напряжения Од имеют соответственно более высокие
значения; это приводит к более интенсивному утолщению, выравнива-
нию толщины стенки по периметру, т.е. к снижению разностенности.
579
Sr/Sj
MS
О 10 20 300 10 20 30 Wfd/sko
Рж. 276. Изменение толщины стенки труб при беэоггр&вотном волочении и протелкивешпс
а - при волочении в зависимости ст средней тонхостеяноии труб в owe деформации и
обжатии по диаметру! б — сравнение проталкивания (2) и волочения (2) при обжатии 10 %
Безоправочное волочение осуществляют на станах линейного или
барабанного типа (рис. 277). Линейные станы периодического действия,
имеющие преимущественное распространение, включают тележку с
установленным на ней механизмом зажима трубы, совершающую
возвратно-поступательное движение; рабочий ход тележки на боль-
шинстве станов осуществляется с помощью цепного механизма (цеп-
ные станы). Линейные станы могут быть одно- и многоииточные - до
3-5 ниток. Барабанные станы осуществляют бухтовое волочение.
Они применяются для волочения труб малого диаметра как стальных,
так и, главным образом, из цветных металлов. Для многопроходного
безоправочного волочения в отдельных случаях применяются линей-
ные станы непрерывного действия, в которых сочетаются процессы
волочения и проталкивания.
Оправочное волочение (рис. 278) предназначено для уменьшения
диаметра и толщины стенки труб. Используются короткие неподвиж-
ные (цилиндрические и конические), самоустанавливающиеся и длин-
ные подвижные оправки.
Волочение на короткой цилиндрической оправке (короткооправоч-
ное) является широко распространенным процессом. При многопро-
ходной деформации металла операция короткооправочного волочения
может производиться как на начальных, так и заключительных ста-
диях технологического процесса. Оправка удерживается с помощью
стержня. Очаг деформации по длине разделяется на три зоны - реду-
цирования (I), обжатия стенки (II) и калибрующую (Ш). Поскольку в
эоне редуцирования происходит утолщение стенки, целесообразно
уменьшить деформацию в ней, принимая минимально возможный
зазор между внутренним диаметром трубы-заготовки и оправкой. В
связи с этим процесс рационально применять главным образом для
обжатия по толщине стенки.
580
Рк. 277. Схемы волочильных станов:
s - лияейвого типе (цеппого); б - беребаяногс типе; в - непрерывного; 1 — волоке; 2 -
волокодержатель; 3 - трубе; 4 - перепадаю пияся «лежка с зажимом; 5 - цепь; 6 — при-
водная звездочка; 7 - приводной барабан; 8 - трековые ручьевые цепи для з&жимд и
перемещения труб
Степень деформации при короткооправочном волочении лимити-
руется условием (378). В случае использования оптимальных по уси-
лию углов волок, составляющих 12-14*, коэффициент вытяжки X
«= 1,2 +1,7 (меньше для толстостенных труб и наклепанного металла);
при снижении усилия волочения, например, за счет подвода к инстру-
менту ультразвуковых колебаний коэффициент вытяжки может быть
повышен до 2.
Применение короткооправочного волочения имеет определенные
ограничения. Его нельзя использовать для получения труб диаметром
менее 8-10 мм в связи с малыми диаметрами стержня и узла крепле-
ния оправки, а также труб длиной более 15 м в связи с большой длиной
и колебаниями стержня, приводящими к волнистости поверхности
груб. Короткооправочное волочение производится на станах линей-
ного типа.
Разновидностью процесса короткооправочного волочения является
волочение на короткой конической оправке (а0 = 1 + ГЗО'). Э w
процесс, разработанный ВНИТИ, имеет ряд преимуществ: отсутствие
контакта металла с оправкой в калибрующей зоне, а также небольшое
осевое действие на металл нормальных сил со стороны оправки при-
водит к снижению усилия волочения Р по сравнению с процессом на
цилиндрической оправке. При равной деформации Р уменьшается до
10 %, при равном Р допускается увеличение обжатия на 7-8 %; на одном
размере оправки за счет установки ее в разных положениях вдоль
оси волочения можно получать трубы с различной толщиной стенки,
благодаря чему одна коническая оправка может заменить 5-8 ци-
линдрических, разность диаметров которых на практике составляет
581
Уис. 278. Способы оправочного волочения труб:
а - из короткой цилиндрической оправке (2), закрепленной ла стержне (2) (показаны
напряжений; действующие из трубу); В - ла короткой конической оправке (5); в — на
самоустававливающейся оправке (4) (сверху показаны напряжений; действующие на тру-
бу, ниже - силы, действующие из оправку); г, д - на длинной подвижной оправке (5)
с приложением усилия волочения к трубе или оправке (показаны напряжения, действую-
щие из трубу, соотношения скоростей металла и оправки и силы трения, действующие из
оправку в очага (-То) и вне очага (Го) деформации)
582
ОД-0,3 мм. Процесс волочения с применением конических оправок,
однако, более сложен в настройке на заданный размер труб, чем на
цилиндрических оправках.
Волочение на самоустанавливающейся оправке отличается тем,
что оправка, имея возможность некоторого осевого перемещения в
очаге деформации, занимает в конечном итоге такое положение, ко-
торое определяется только равновесием действующих на нее сил.
Процесс может осуществляться с коэффициентами вытяжки X. 1,3 +
* 1,8, т.е. примерно таким же, как на короткой оправке. Это обуслов-
лено принципиально одинаковыми схемами действия давлений и
напряжений трения со стороны волоки (Рв и 1в) и оправки (р0 и т0)
на деформируемый металл. Вместе с тем, учитывая существенную
конусность самоустанавливающейся оправки а0 = ав - (2 + 4’) =
в 4 + 12’, параметры деформации заметно отличаются. Это видно из
сравнения схем процессов на рис. 278. При волочении труб одинако-
вого конечного размера конусио-цилиндрическан самоустанавливаю-
щаяся оправка, имеющая больший диаметр заходной части, требует
применения заготовки большего диаметра. Так как общий коэффи-
циент вытяжки X, являющийся произведением коэффициентов вы-
тяжки по диаметру и толщине стенки Х„
Л (dt - j,) JT tfT - j,
(379)
в обоих случаях примерно одинаков, то увеличение Xd заставляет
соответственно снижать Xt, т.е. выбирать при волочении на самоуста-
навпивающейся оправке заготовку с меньшей толщиной стенки,
чем при короткооправочном волочении.
Положение самоустанавливающейся оправки в очаге деформации
определяется равновесием осевых составляющих сил ЛГ0, То и Т'о,
действующих на нее со стороны деформируемого металла. Так, если
силы трения То и Т’о увеличиваются и втягивают оправку в направле-
нии волочения, то соответственно увеличивается зона Па и сила No.
Равновесное положение оправки изменяется, но размеры выходящей
трубы сохраняются теми же.
Оправка устанавливается в очаге деформации свободно (без стерж-
ня) или на стержне (подвижно в небольших пределах или жестко -
с возможностью перемещения в пределах упругой деформации стерж-
ня). Первый метод применяется при бухтовом волочении труб боль-
шой длины - свыше 100 м - на барабанных станах, второй - на ли-
нейных станах. Использование конусно-цилиндрических оправок,
закрепленых на стержне, взамен цилиндрических неподвижных оп-
равдано в случаях, когда необходимо снизить усилия на стержень и
583
разгрузить узел крепления оправки. Снижение этого усилия достига-
ется за счет осевой составляющей силы No, а также уменьшения сил
трения благодаря возникновению гидродинамического эффекта (сма-
зочного клина) при малом угле между внутренней поверхностью тру-
бы и конусной поверхностью оправки. Снижение сил трения способст-
вует также уменьшению налипания металла на оправку и позволяет
повысить вытяжки при волочении металлов, склонных к налипанию,
на 30-40%. Преимуществом самоустанавливающих оправок перед
цилиндрическими является и то, что отсутствие их крепления к стерж-
ню или крепление со стороны большого основания позволяет довести
диаметр калибрующей части, определяющей внутренний диаметр труб,
до 3 мм. Широкому распространению самоустанавливающихся опра-
вок на линейных станах препятствует пониженное по сравнению с
короткооправочиым волочением обжатие по толщине стенки.
Волочение на длинной подвижной оправке (длиннооправочное) име-
ет важную особенность по сравнению с рассмотренными способами
оправочного волочения, заключающуюся в том, что напряжения тре-
ния Тд, действующие со стороны оправки на трубу, направлены по
ходу волочения. Такое направление т0 обусловлено соотношением
скоростей оправки ve, трубы на выходе vt и заготовки vs и направле-
нием относительного скольжения w. Если усилие волочения приложено
к оправке (или одновременно к трубе на выходе и оправке), то тем
самым создается равенство скоростей ve = vT; при этом v, < v0, оправке
в очаге деформации опережает металл, благодаря чему и создается
указанное направление т0. Если же усилие волочения приложено к
трубе, то вначале vs < ve < Vj, а затем, по мере возрастания длины
про деформированной трубы и силы, приложенной к оправке за пре-
делами очага деформации, также происходит выравнивание v0 и vT
(сила То становится силой трения покоя).
Указанная закономерность направления т0 и уменьшения продоль-
ных напряжений в трубе создает существенные преимущества процесса
длиннооправочного волочения: возможность деформации с повышен-
ными коэффициентами вытяжки - при волочении стальных труб
А. < 2,5, труб из цветных металлов - до 7; возможность деформации
малопластичных сталей и спадов. Этот способ деформации является
единственным, обеспечивающим получение особотонкостенных труб
с толщиной стенки до 0,015 мм, а также капиллярных труб с d, < 3 мм
и калиброванным каналом, при производстве которых в качестве
оправки используется струна. Недостатком длиннооправочного воло-
чения является трудоемкость извлечения оправки из труб, особенно
тонкостенных, после осуществления деформации. Эта операция тре-
бует предварительного создания зазора между трубой и оправкой,
что достигается несколькими методами: обкаткой трубы на оправке
584
Тк.7П. Рамин труб вдавливвяивм («; Полины дм ырихнтя прилвжятоя усилия к
оправка) и вадотеняа* (5)
в клети винтовой или продольной прокатки с небольшим обжатием
стенки и увеличением диаметра; волочением через дополнительные
овальные волоки с той же целью; пластическим растяжением оправ-
ки-струны с уменьшением ее диаметра; нагревом и охлаждением трубы
совместно с оправкой, вызывающими некоторую деформацию трубы
в связи с разными коэффициентами линейного расширения материалов
трубы и оправки или разновременностью их охлаждения.
Раздача труб (рис. 279) производится с целью увеличения их диа-
метра или калибрования внутреннего канала. В обоих способах раз-
дачи - вдавливанием и волочением - происходит утонение стенки и
укорочение трубы. Раздача вдавливанием применяется для деформа-
ции толстостенных коротких труб; в этом процессе действуют сжи-
мающие напряжения ог и 0/ и растягивающие о о, более выражено уко-
рочение трубы. При раздаче волочением, применяемым для дефор-
мации тонкостенных труб, действуют сжимающие ог и растягивающие
Oj и Од, более развито утонение стенки. Преимуществом раздачи воло-
чением является возможность деформации длинных труб, недостат-
ком - большой расход металла на образование захватной головки
(головка образуется путем продольной разрезки конца трубы по об-
разующим на 4-6 полосок и их загибом после введения оправки).
Профилирование труб - получение профильных труб из круглых -
осуществляется безоправочным волочением с обжатием по диаметру
(периметру) на 2-10 %; большее обжатие применяется для гарантиро-
ванного выполнения участков профиля с малым радиусом кривизны.
Для волочения труб различного сортамента используется ряд ти-
поразмеров линейных станов, классифицируемых по развиваемому
максимальному тяговому усилию, и барабанных станов, классифици-
руемыхпо диаметру барабана. Линейные станы (в основном цепные, а
также канатные, гидравлические) усилием 2- 2500 кН (за рубежом -
до 5000 кН и более) позволяют осуществлять волочение труб всего
диапазона диаметров длиной до 12-16 (30) ы при скорости волочения
0,1-2 м/с. Наиболее распространены трехниточные станы с тяговым уси-
585
лием 150-750 кН и номинальной скоростью волочения 0,75-1м/с, на
которых сосредоточено производство массового сортамента холодно-
деформированных тонкостенных труб. На этих станах осуществляют
оправочное и безоправочное волочение труб с предварительно подго-
товленными захватными головками, в последних конструкциях при-
меняются проталкиватели. Более мощные станы, преимущественно
одно ниточные, также оборудованы протанкивателями.
Барабанные станы с диаметрами барабанов 250-3000 мм и тяговы-
ми усилиями 5-150 кН предназначены для бухтового волочения труб,
диаметр которых не превышает 70 ым при d/s < 16, так как, исходя из
условия о недопущении овализации сечения труб, соотношение мак-
симального диаметра трубы и диаметра барабана должно быть не бо-
лее 1/30-1/40. Бухтовое волочение позволяет повысить скорость
протяжки до 10-20 м/с, длину труб до 800-1000 м и более, значительно
поднять производительность процесса и снизить расходный коэффи-
циент металла за счет уменьшения концевой обрези.
4. Маршруты холодной прокатки и волочения труб
При разработке технологического процесса производства холодно-
деформированных труб основным является расчет маршрута (разбив-
ки) деформации - определение диаметров и толщин стенок исходной
заготовки и труб, полученных после каждого очередного цикла обра-
ботки. Маршрут изготовления труб заданного сорторазмера (заданных
геометрических размеров, материала, технических требований) ус-
танавливает технологическую схему деформации (использование про-
цессов только прокатки, только волочения или их рационального со-
четания), конкретные способы изготовления (прокатка в валковых
или роликовых станах определенного типоразмера, оправочное или
безоправочное волочение), последовательность операций и режимы
деформации на каждом из станов. На основе маршрута разрабатыва-
ется технологическая карта, устанавливающая все другие техноло-
гические операция (промежуточные термические и химические обра-
ботки и др., связанные с цикличным процессом), потери металла в
каждом цикле обработки, длину труб по проходам с учетом расход-
ного коэффициента металла. В действующих цехах маршрут изготов-
ления труб в значительной мере обусловлен составом оборудования
для холодной деформации, а также размерами исходной заготовки;
последние определяются, в свою очередь, возможностями агрегатов
горячей прокатки, поставляющих эту заготовку. Поэтому разраба-
тываемые маршруты изготовления труб, отражая конкретные условия
производства, являются многовариантными. Оптимально рассчитан-
586
ные маршруты должны обеспечить изготовление качественных труб
с минимальной цикличностью производства, минимальным расходом
металла, высокой производительностью.
Различие условий деформации разнообразных сталей, цветных ме-
таллов и сплавов (исходная пластичность, интенсивность упрочнения,
Таблица 56. Маршруты иэпиовлеиия труб 14 X 1 мм из углеродистых сталей вошяввнем
и комбинированным процессом прокатки я мшочеиня
W про- ходов Волочение Комбинированный процесс
размеры заготовки и труб, мм способ получе- ния** коэффи- циент вытяж- ки размеры заго- товки и труб, мм способ полу- чения коэффи- циент вы- тяжки
1 57X4,5* 50 X 2,3 Д.0 2,15 57X5,5* 32x2,3 ХИТ-55 4,12
2 41 х 1,7 К.о 1,65 18 X 0,96 ХПТ-32 4,18
3 33x1,25 К.о 1,68 14X1 Б.о 1J6
4 28X0,88 К.о 1,66 —
5 19 X 0,95 Б.о 1,39 —
6 14X1 Б.о 132 — - —
’•Размеры заготовки. **Д.о - длиннооправочное волочение, к.о - короткооправочное,
б.о- безоправочное волочение.
Таблица 57. Маршрутыизготовления особотонкиианных нсржлвегщяхтруб 12X0,5мм
при нсвольэованди сщноряднъсс (обычных) клстей и щ^у^цлядных клвпй-тандем
станов ХПТ и ХПТР
К"!Рпро Однорядные клети Двухрядные клети
ходов размеры заготовки и труб, ММ способ полу- чения коэффи- циент ВЫТЯЖ- КИ размеры заготовки и труб, мм способ полу- чения коэффи- циент вытяж- ки
95X8» 95X8»
1 57X3,8 ХПТ-90 3,45 38X3,2 ХПТ-90-4В 6,25
2 32X1,8 ХПТ-55 3,71 16 X 1,3 ХПТ-32-4В 5,82
3 16X1 ХПТ-32 3,62 12 х 0,5 ХПТР В-15-2Р 5,82
4 14 X 0,47 ХПТР 8-15 2.36 — — —
5 12 X 0,5 Б.о 1.1 — - —
’Размеры заготовки.
587
склонность к налипанию, износ инструмента), широкий сортамент и
различие технических требований к трубам (по точности геометричес-
ких размеров, шероховатости поверхности и др.) привели к выработке
определенных принципов составления маршрутов изготовления хо-
лодиодеформированных труб:
получение труб из углеродистых сталей, цветных металлов и спла-
вов может производиться любым способом деформации - прокаткой
или волочением, выбор которого определяется наличным составом
оборудования; для получения стальных труб со средними и толстыми
стенками из горячедеформированной заготовки, труб из тонкостен-
ной электросварной заготовки, труб из цветных металлов в отечествен-
ной металлургии применяется в основном короткооправочное и бе-
зоправочное волочение (за рубежом в значительной мере развито
длиннооправочное волочение);
при производстве труб из указанных материалов с тонкими стен-
ками, отличающемся многоцикличностью при использовании только
волочения, для сокращения цикличности используются заготовитель-
ные проходы на станах ХПТ;
трубы из легированных и высоколегированных сталей и сплавов,
обладающие высоким сопротивлением деформации, а также трубы с
особыми требованиями к точности и чистоте поверхности прокаты-
ваются на готовый размер по нескольким вариантам: на станах ХПТ;
на станах ХПТ и ХПТР; при производстве труб малых диаметров - на
ставах ХПТ и ХПТР в сочетании с безоправочным волочением.
Некоторые сравнительные многопроходные маршруты деформации
труб показаны в табл. 56 и 57.
5. Особые способы получения холоднодеформированных
труб
Поперечная прокатка (рис. 280) применяется для получения труб большого диаметра,
когда продольная периодическая прокатка становится нерациональной или невозможной
из-за значительного возрастания размеров и массы стала и инструмента.
Заготовками для поперечной прокатки служат бесшовные и сварные трубы, катаные
кольца, цевтробвжнолитые и кованые гильзы, штампованные яз днем стаканы. На дейст-
вующих станах поперечной прокатки производят цилиндрические и конусные трубы яз
различных сталей, цветных металлов и сплавов (на основе алюминия, титана и др.) диа-
метром до 4000 мм, с постоянной и переменной толщиной стенки ОД-ЗО мм при d,/tT -
- 200 + 1000, длиной до 12 м. Деформация осуществляется в холодном или теплом сос-
тоянии, степень реформации за проход достигает 80 %, скорость подачи £ мм/с. Трубы с
особогонкими стенками получают в результате много цикличной деформации. Более вы-
сокая точность труб может быть достигнута при ияюльзоваюи процесса е натяжением
этот процесс происходит также е меньшими усилиями деформации.
Станы поперечной прокатки изготавливают в горизонтальном исполнении (при dt <
< 750 * 1000 мм) или вертикальном (dT > 1000 мм). Конструкции станов различаются также
588
Рж. 2Ж. Способы поперечной прокатки труб:
а, б - наружная прокатка с подпором (о) и натяжением (б); в - внутренняя прокатка;
- валковое расширение
схемами привода. Подача может осуществлялся м счет перемепииия оправки, матрицы
с трубой или трубы, как покатано на риь. 280, либо рабочЛ клети; вращение - и счет
привода оправки, матрицы, валков или шиаэтарного врилгнхя клеи.
Непрерывная оправочная прокатка применяется для получения труб малого шимет-
ра из яизкоуглвродияых сталей а цветных металлов. В настоящее время этилу втируаиея
два стана. Работавший в отечественной цветной металлургии 17-клетевой стан осущест-
вляет прокатку латунных труб диаметром 15-30 мм е толщиной стеши 0,75-2 мм. Калиб-
ры стала образованы тремя рабочими валками. В обжимной группе клетей пеприводные
рабочие валки опираются каждый из два игорных приводных валка, а сами клеш - пред-
варительно напряженные. Скорость прокатки составляй 2-3 м/с, коэффициент вытяжки
до 5, длина прокатанных труб по 8 мм.
Производительность станов непрерывной прокатки в 5—10 раз превышает производитель-
ность станов ХПТ, что обусловливает перспективность развития итого способа прокатки для
производства массовых партий труб указанного марочного сортамента.
Непрерывная безопрввочная прокатка (редуцирование) применяется в потоке трубо-
электросварочных станов для получения труб диаметром 4-30 мм с толщиной стенки 0,4—
2 мм. Бесконечный режим работы трубозлектросварсчных станов делает рациональным
осуществление обжатия сваренных труб по диаметру с применением натяжения, т.е. в ре-
дукциояяорастяжвых ставах, поскольку прокатка с натяжение* позволяет деформировать
трубы без утолщения стенки, а проблема утолщенных кснтия отсутствует. На действующих
15—20-кляеных станах достигается суммарная деформация 50% при скорости редуциро-
вания 0,3—3 м/с.
Предполагается также использование холодного редуцирования г.рн изготовлении бес-
шовных труб из углеродистых и высоколегированных сталей, цветных металлов я сплавов
взамен беэсправочного волочения.
Прессование применяется для получения труб и трубчатых изделий малого диаметра
с высокой точностью размеров и чистотой поверхности. Используются два метода прессова-
ния: механическое - с приложением усилия прессования к деформируемому металлу от
пресе-штемпеля (т.е. аналогично схеме горячего прессования труб); гидростатическое - е при-
ложением усилия с» стороны жидкости высокого давления.
Механическим прессованием производятся трубчатые изделия диаметром до 100-120 мм
589
Тис. 281. Схеме гидростатического прессования труб без оправки (я) и па подвижной оп-
равке (5):
О - положение заготовки и инструмента до начала прессования; 1 - в процессе прессования;
1 — плунжер гидроцилиндра; 2 гидроцилиндр — втулка контейнера; 3 — уплотнение; 4 —
матрица; S - заготовка (сверленный стакан либо трубе с забитой головкой); б - выпрес-
сованяая труба; 7 - фланец с калиброванными отверстиями (противовыстрельное устройст-
во) для крепления оправки и запирания канала матрицы в конце прессования; 8 - оправ-
ка (игла)
па углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов и сплавов. Степень
деформации за одну операцию достигает 80%. Процесс осуществляется в прессах усилием
8—20 МН в основвом с механическим приводом; в связи с высокой скоростью приложения
нагрузки из этих прессах процесс называют также ударным прессованием.
Гидростатическое прессование (рис. 281) имеет ряд важных преимуществ перед меха-
ническим. Большое давление жидкости - до 2000-2500 МПа, воздающее схату всесторон-
него сжатия с высоким уровнем действующих напряжений, а также гидродинамическое
трение между заготовкой, стенками контейнера и большей частью матрицы, снижающее
силы трения и создающее равномерность деформации за ечя уменьшения сдвигов, обес-
печивают; возможность обработки металлов, обладающих особо низкой пластичностью,
включая деформацию в холодном состоянии, когда пластичность минимальна; возмож-
ность обработки труднодеформируемых металлов в холодном состоянии; получение при
созданном напряженно-деформированном состоянии комплекса физико-механических
свойств, па достигаемых при других методах деформации, например, получение повышен-
ных прочностных характеристик одновременно с сохранением или повышением ппастич-
ческих. Возможность осуществления гидропрессования в холодном состоянии особенно
важна для металлов (например, для дорогостоящих тугоплавких сплавов па основе тан-
тала, ниобия), которые не допускают нагрева из-за повышенной склонности к газонасы-
щению и значительного угара.
Процессу присуща и некоторые недостатки: особо высокие требования к прочности и
точности изготовления технологического инструмента, необходимость специальной конст-
рукции контейнера, уплотнений; низкая производительность в связи со сложностью
590
эксплуатации оборудования; очень высокие скорости выходе трубы из очага деформации
(эффект “выстрела”, обусловленный сжатием жидкости до 25—30 % при рабочих давле-
ниях) и необходимость применения сложной оснастки для снижения этих скоростей.
Оправочным и беэоправочным гидропрессованием получают трубы диаметром 1—<0 мм
е толщиной стенки 0,05-10 мм на различных сталей, цветных металлов (вольфрам, молиб-
ден, никель, медь, алюминий и др.), титановых и других сплавов. В качестве рабочей жид-
кости используют минеральные и растительные масла, спирты, эмульсии. При холодном
и теплом гидропресеовании достигаются коэффициенты вытяжки X - 3+ 4.
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлена многопроходное» и многопикличиоегь производства холодноде-
формированных труб малых размеров?
2 Какие операции и е какой цепью входят в каждый цикл процесса производства хо-
лоднодефориирсваяиых труб?
3. Какие общие признаки и отлэтия периодических процессов в стане горячей пили-
гримовой прокатки и стана ХПТ?
4. Поясните схему привода перемещения рабочей клети и вращения валков в стала ХПТ.
5. Назовите величины относительных деформаций и соответствующие коэффициенты
вытяжки металла в станах ХПТ при прокатке труб ла сталей и цветных металлов.
6. Какие факторы влияют из производительность в метраже станов ХПТ? Какие пути
увеличения производительности?
7. Поясните конструкцию валка ставе ХПТ. Какой смысл создания сборной конструкции?
0. Назовите участки ручья калибра стана ХПТ, их назначение.
9, Назовите пути повышения степени деформации в стана ХПТ.
10. Назовите особенности и преимущества двухниточных ставов ХПТ, станов с двухряд-
ными клетями, станов со стационарной клетью.
И. Назовите характерные отличия станов ХПТ 1< ХПТР. Разъясните работу стана ХПТР.
Почему па стане ХПТР из обеспечивается существенное обжатие труб по диаметру?
12 Поясните схему привода клети к сепаратора с роликами стана ХПТР. С какой целью
необходимо регулирование соотношения плечей кулисы?
13. Назовите пути повышения производительности станов ХПТР.
14. Назовите преимущества и недостатки волочения по сравнению с периодической
прокаткой.
15. Какими факторами ограничивается степень деформации при оправочном и безопре-
вечном волочении труб?
16. Сравните схемы очагов деформации, направления относительного скольжения и сил,
действующих яз металл, при различных видах оправочного волочения.
17. Назовите коэффициенты вытяжки при различных видах оправочного и безоправоч-
вого волочения. Почему длипнооправочяое волочение позволяет осуществлять деформа-
цию с максимальными коэффициентами вытяжки?
18. Поясните механизм поддержания равновесия самоустанавливающейся оправки в
очага деформации. Чем объясняется различие параметров деформации по диаметру и тол-
щине стенки при волочении на короткой и самоустанавливающейся оправках?
19. Назовите области применения волочильных станов линейного и барабанного типов.
28. Охарактеризуйте основные принципы разработки маршрутов изготовления холодно-
деформированных труб с различными размерами и техническими требованиями.
21. Назовите особенности и области применения холодной поперечной прокатки, непре-
рывной оправочной и беэоправочной прокатки, механического и гидростатического прес-
сования,
591
Глава IV. производство сварных труб
1. Общая технологическая схема производства сварных труб.
Способы снарки
Технологический процесс производства сварных труб включает,
операции подготовки листовой заготовки к формовке и сварке; фор-
мовку листовой заготовки в цилиндрическую трубную заготовку;
сварку кромок трубной заготовки; калибрование или редуцирование
полученной трубы; разрезку трубы на мерные длины в потоке; опера-
ции отделки и контроля труб (обрезку или торцовку, гидроиспытания,
нарезание или накатку резьбы, нанесение покрытий и др.).
Вид исходной заготовки (штрипс, полоса, лента в рулонах или лист
мерной длины) и способ осуществления основных операций - формов-
ки и сварки - зависят от диаметра получаемых труб, их материала
и назначения (см. табл. 46).
Производство труб малых (d < 114 мм) и средних (d = 114+ 530 мм)
диаметров базируется на использовании рулонной заготовки и про-
цессе формовки ее в непрерывной стане. При непрерывной (валковой)
формовке происходит постепенное, от клети к клети, сворачивание
полосы и образуется цилиндрическая трубная заготовка с прямоли-
нейным стыком кромок - заготовка для прямошовных труб. Эта опе-
рация производится: в горячем состоянии - с предварительным нагре-
вом в печи всего сечения заготовки - при производстве труб из низко-
углеродистых сталей печной сваркой; в холодном состоянии - при
производстве труб электросваркой. Валковая формовка осуществля-
ется, как правило, в бесконечном режиме с предварительной стыко-
сваркой концов рулонов. Трубы малых и средних диаметров, кроме
того, могут быть получены спиральношовными путем бесконечной
формовки полосы в спиральноформовочных установках. Для электро-
сварки кромок трубных заготовок, получаемых из низкоуглеродистых
и легированных сталей, сплавов меди, алюминия, в настоящее время
используются в основном два способа сварки: высокочастотная элект-
росварка и контактная сварка постоянным током методом сопротив-
ления. Для сварки легированных и высоколегированных сталей,
никелевых и титановых сплавов используется луговая или плазменная
сварка неплавящимся вольфрамовым электродом с защитой дуги
инертным газом (газоэлектрическая). В общем объеме производства
электросварных труб (по массе) трубы малого и среднего диаметра сос-
тавляют примерно 60 %.
Трубы большого диаметра (d > 530 мм) производятся электросвар-
ными из низкоуглеродистых и низколегированных сталей; исходной
заготовкой являются листы мерной длины для получения прямошов-
592
ных труб и рулонная полоса для спиральношовных- Мерные листы
проходят поштучную холодную формовку на прессах или гибочных
вальцах, полосы - бесконечную формовку в спиральноформовочных
устройствах. В обоих случаях производится дуговая сварка плавящи-
мися электродами под слоем флюса. Трубы большого диаметра выпус-
каются в основном (свыше 80 %) прямошовными.
Указанные способы сварки труб имеют различную физическую сущ-
ность и разделяются на два вида: сварку давлением (печная, высоко-
частотная, сопротивлением) и сварку плавлением (дуговая).
Сварка давлением осуществляется путем нагрева кромок трубной
заготовки до высоких температур (первый этап) и последующего их
сжатия с доведением до совместной пластической деформации (второй
этап - собственно сварка). Разные способы сварки давлением отли-
чаются главным образом методом нагрева кромок: при печной сварке
нагрев производится теплом сгорания топлива, а затем дополнитель-
но - теплом окисления металла при высоких температурах, при
электросварке - теплом, выделяемым при прохождении электрическо-
го тока. Сжатие и осадка кромок производятся за счет усилий, возни-
кающих при редуцировании заготовки в круглом калибре. При этом
сварочное давление ра на стыке кромок, представляющие собой нор-
мальное тангенциальное напряжение Од (рис. 282), равное
л
1 Г pd'
Рев " “ Т" I Р rsin 9^0“ --------. (380)
2s J 2s
°
зависит от среднего давления р на внешнем контуре трубы и, следо-
вательно, от степени деформации по диаметру. Высокая температура
и пластическая деформации приводят к оплавлению и разрушению пле-
Fe. 281 Напряжеяжя в сварочном калнбре, обусловливающие сжатие и осадку кромок
трубной заготовки (вариант обрмоваяия калибра двумя вертикальными валками со сты-
ком в зазоре валков):
1 - валет 2 - стык сваркваамъи кромок; 3 — трубим ааготояка
593
зя-пз
с,%
О 20 00
Ра>»па
Лк. ЯЗ. Области сварки на диаграмме железоуглеродистых сплавов (в) и диаграмма
взаимозависимости сварочных давлений и температур, обеспечивающих сварку шикоугле-
родистой стали (6):
/ - возможная область сварки давлением; 1' - реальная область сварки давлением кро-
мок трубных заготовок; 2 - область сварки плавлением; 3 — область отсутствия сварки
нок окислов, покрывающих металл, сглаживанию неровностей по-
верхностей кромок и выдавливанию окислов из стыка. Сжатие чистых
поверхностей металла и интенсивная рекристаллизация при высоких
температурах приводят к образованию сварного шва с непрерывной
структурной связью кромок. В некоторых случаях температуру нагре-
ва поверхности кромок поднимают до начала оплавления металла,
что дополнительно облегчает удаление окислов из стыка кромок.
Размягченный и расплавленный металл, выдавливаемый совместно
с окислами за пределы очага деформации кромок, образует наружный
и внутренний грат.
Сварка давлением принципиально возможна в области температур
от начала рекристаллизации до температуры плавления (рис. 283).
Однако при установлении практической области сварки трубных швов
необходимо учитывать, с одной стороны, что прочность шва возрас-
тает с увеличением температуры, давления в стыке и времени вы-
держки сварного стыка под давлением, с другой - относительно невы-
сокие допустимые сварочные давления, ограниченные устойчивостью
кромок и возможностью их смещения, а также небольшие выдержки
594
под давлением в калибрах трубосварочных станов. При указанных
условиях прочный сварной шов может быть получен при температурах,
предельно высоких для металла, находящегося в твердом состоянии,
и обеспечивающих его высокую пластичность, малое сопротивление
деформации, расплавление окислов, а при необходимости получения
усиленного шва - оплавление поверхностей кромок. На этом основа-
нии практическая область применения сварки давлением ограничена
получением труб в основном из низкоуглеродистых сталей (область
Г, рис. 283, с) и осуществлением процесса при температурах, близких
к температуре плавления.
Сварка плавлением сопряжена с образованием ванны расплавлен-
ного металла (сварочной ванны). Расплавление металла при сварка
трубных швов производится за счет тепла электрической дуги между
кромками и электородом при температуре более 2000'С. Плавятся
только кромки при использовании неплавящегося вольфрамового
электрода (при газоэлектрической сварке) или одновременно кромки и
плавящиеся электроды (при сварке под флюсом). Образование сварного
шва осуществляется в процессе выхода из зоны действия дуги, осты-
вания и кристаллизации расплавленного металла. Предохранение
ванны от контакта с воздухом и окисления металла производится
инертным газом или слоем расплавленного флюса. Кромки трубной
заготовки при плавлении и остывании ванны удерживаются на пос-
тоянном расстоянии друг от друга, а их сдавливание, как при сварке
давлением, не производится.
Сварка плавлением по сравнению со сваркой давлением более энер-
гоемка, производится со значительно более низкой скоростью, однако
обеспечивает более высокую надежность сварного шва.
2. Производство труб непрерывной печной сваркой
Непрерывная печная сварке является наиболее высокопроизводи-
тельным и дешевым способом производства одного из массовых видов
труб - водогазопроводных диаметром 10-140 мм (1/8-5") с толщиной
стенки 1,8-5,5 мм из низкоуглеродистых сталей.
Исходной заготовкой для этих труб является горячекатаный штрипс
с катаной кромкой или горячекатаная полоса после продольной рез-
ки на заданную ширину. Принципиальная схема процесса изготовления
труб следующая (рис. 284):
1. Нагрей штрипса в проходной газовой печи с созданием опреде-
ленного температурного перепада по ширине: температура нагрева
середины штрипса - 1280-1320’С, кромок - 1380-1420’С, ширина
перегретой кромки -5-10 мм.
2. Обдувка кромок воздухом с небольшим избыточным давлением
595
38*
Twc. 314. Схема предаем непрерывной печной сырки груб:
а — продольное сечение очага деформации в фермовочшхварочном стане; б - последов в-
гелыпл гамеявяия поперечных сечений штрипса при формовке; 1 - дочь; 2 - сопло для
пдовхчней обдувки кромок штрипса; 3 - поддерживающий ролик; 4 - формввочно-ева-
рйяый стан; 5 - формуаая трубная «готовке; 6 - txnxo для вторичной обдувки; 7 -
сварной шов; 4 Л... л — номера клетей ставе
0,01-0,02 МПа с целью повышения их температуры до 1390-1480’С
(за счет тепла реакций окисления) и сдува печной окалины.
3. Формовка - сворачивание штрипса в первой паре вертикальных
валков форыовочно-сварочного стана примерно на 3/4 периметра ка-
либра (220 - 270*); в зазор между кромками происходит ссыпание
отслоившейся изнутри окалины.
4. Вторичная обдувка кромок сжатым воздухом (или воздухом, обо-
гащенным кислородом) с избыточным давлением 0,2- 0,35 МПа для
разогрева кромок до 1480-1500 *С - температуры сварки - и сдува
вторичной окалины; подача воздуха осуществляется через сопло,
которое является одновременно направляющим инструментом для
сформованной заготовки.
5. Доформовка трубной заготовки во второй паре горизонтальных
валков и сварка ее в трубу за счет обжатия по диаметру и создания
тем самым сварочного давления
6. Редуцирование трубы в последующих клетях форыовочно-свароч-
ного стала с целью повышения прочности сварного шва и создания
тянущего усилия для продвижения штрипса через печь.
596
Формовочно-сварочный стон, осуществляющий основные операции -
сворачивание плоской заготовки в цилиндрическую и сварку трубы,
включает 4-12 клетей, из которых первая клеть - формующая, вто-
рая - сварочная, остальные - редуцирующие. Очаг формовки ad вклю-
чает участки внеконтактной (Z, и 13) и контактной деформации и
/ц). Длина участка lt зависит от геометрических размеров штрипса и
угла сворачивания в формовочном калибре. Заканчивается очаг фор-
мовки во второй клети в месте схождения кромок. Участок /ц в кле-
ти П - сварочный (очаг сварки). На участках и 13 путь, проходимый
точкой кромки в горизонтальном и вертикальном направлениях,
больше, чем путь, проходимый любой другой точкой по ширине штрип-
са. Это вызывает появление растягивающих продольных напряжений
и пластическое удлинение кромок во внеконтактных участках. В зо-
не доформовки Qj, наоборот, кромки претерпевают продольное сжатие,
что может привести к гофрообразованию (появлению волнистости),
следствием которого является смещение кромок в точке схождения
и ухудшение качества сварного шва. Для избежания образования
гофров кромки необходимо удерживать в натянутом состоянии, что
осуществляется путем занижения оси формующей клети относительно
оси сварочной клети и подъема поддерживающего ролика перед станом.
На точность стыковки кромок влияет также угол схождения у.
Наипучшие условия создаются при у » 30-38*, а регулирование дости-
гается выбором ширины и местом установки сопла вторичной обдувки.
Сварочное давление ра на участке 1ц в клети П создается обжатием
по диаметру на 3-5 %. Меньшие обжатия применяются при деформа-
ции более тонкостенных труб, что связано с пониженной устойчивостью
их профиля и возможностью образования складки (см. рис. 275). Устой-
чивость профиля понижается также с увеличением температуры штрип-
са, поэтому рациональным является увеличение разности температур
нагрева кромок его и средней части.
Стык кромок при непрерывной печной сварке попадает в вершину
калибре (в отличие от трубоэлектросварочных станов, где он попа-
дает в зазор). Такое положение стыка обусловлено необходимостью
снизить вероятность смещения кромок по вертикали. Вместе с тем,
в вершине калибре тангенциальные напряжения и деформации меньше,
чем в выпусках. Это создает шов пониженной прочности и предопре-
деляет использование нодогазопроводных труб печной сварки для
работы при внутреннем давлении в основном не более 3,2 МПа. Срав-
нительно невысокие давления в стыке ограничивают и степень леги-
рования применяемых сталей; например, хром, никель, медь, образую-
щие не выдавливаемые из стыка и ослабляющие сварной шов тугоплав-
кие окислы, могут использоваться с предельной концентрацией не
более 0,1 %.
597
Ри.285. Схема расположения оборудования агрегата 1/8-Г непрерывной печной сварки
труб:
а - подготовительная линия; В — формовочно-сварочная линия; в — ехала двойной петли
штрипса внутри печи; 1 - приемный транспортер; 2 - разматывателъ; 3 - листоправилъная
машина; 4 - ножницы; 5 - стыкосварочиая машина; 6 - гратоениммелъ; 7 - тянущие
ролики; 8 — спиральный петлеоВразоватвль; 9 — штрипс; 10, II - регуляторы первичной
и вторичной петли штрипса; 12 — устройство для приварки стержня к концу штрипса и
проведения его через печь (после остановки стана)-13 - нагревательная печь; 14 - форме-
фочяо-сварочяый стан; 15 - аварийные летучие йбжницы; 16 — релукционно-растяжной
стан; 17, 18 - рабочая и резервная летучие пилы; 19, 20 - винтовая и цепная секции холо-
дильника; 21 - душирующее устройство; 22 - летучие ножницы; 23 - направляющие стрел-
ки; 24 - задающе-тянущве устройство; 25 - моталка; 26 - бунтовязальная машина; 27, 28 -
устройство для подвески и снятия бунтов с конвейреа; 23 - подвесной охладительный
конвейер; 30, 31 - входной и промежуточный барабаны; 32 - глисеажлые трубы; 33 —
поддерживающий ролик перед формовочно-сварочным станом
Общая схема технологического процесса производства труб непре-
рывной печной сваркой на современном агрегате показана на рис. 285.
Штрипс (полоса) длиной 50-300 ы в рулонах подается на подготовитель-
ную линию. Здесь рулон устанавливается в разматывателъ, произво-
дится отгибание его конца и задача в 5-7-роликовую листоправиль-
ную машину. Следующие за правкой подготовительные операции
связаны с обеспечением бесконечного процесса в линии формовочно-
сварочного стана. Задний конец каждого предыдущего рулона и пе-
редний конец последующего останавливаются для поперечной обрез-
ки на стационарных ножницах, злектрокоитактной сварки на стыко-
сварочной машине и удаления образовавшегося при сварке грата рез-
цовыми гратоснимателями. Для согласования работы подготовитель-
ной линии, где штрипс перемещается с остановками на стыкосварку
концов рулонов на 15-50 с, и формовочно-сварочной пинии, работаю-
щей безостановочно, между линиями создается запас штрипса в виде
598
петли, расходуемой в период остановки подготовительной линии.
С целью быстрого восстановления длины петли после стыкосварки
последующая правка и транспортировка ’’бесконечного” штрипса
через подготовительную пинию производятся с повышенной ско-
ростью. После восстановления петли эта скорость выравнивается со
скоростью металла в печи. Петлю с регулирующими ее величину уст-
ройствами располагают на полу цеха (напольный петлевой стол)
либо создают специальные вертикальные (ямные) или горизонтальные
(спиральные) петлеобразующие устройства.
Нагрев штрипса осуществляется в туннельных печах длиной 36-
48 м; для увеличения производительности и сокращения длины печи
применяют нагрев ’’двойной петлей”. Далее производятся формовка,
сварка и предварительное редуцирование в форыовочно-сварноы ста-
не, прокатка в 7-24-клетевом редукционно-растяжном стане, разрез-
ка труб на мерные длины (8-12 м) на летучей пиле, начальное уско-
ренное охлаждение с помощью душируюшцх устройств, последующее
охлаждение на холодильнике.
В редукционно-растяжном стане сваренные трубы подвергают об-
жатию по диаметру до 85% с одновременным утонением стенки до
35 %; коэффициент вытяжки Х.р при этом достигает 10. Такая степень
деформации при редуцировании позволяет получать из одного разме-
ра штрипса трубы различного диаметра и толщины стенки, что дает
возможность резко сократить число используемых размеров штрип-
сов по ширине и толщине. С другой стороны, при использовании штрип-.
са максимально возможного размера и сохранения постоянной ско-
рости сварки Vjb = 1 * 2 м/с, определяющей скорость выхода из фор-
ыовочно-сварочного стада Уф.е •= существенно увеличивается
скорость редуцирования vp « УфлХр и, соответственно, поднимается
производительность агрегата. На показанном на схеме наиболее высо-
коскоростном в мире отечественном агрегате 1/8-1" скорость про-
катки в редукциоиио-растяжноы стане достигает 13 м/с при резке труб
на ходу летучей пилой и 20 м/с при сматывании труб в бунты. Так как
пила ограничивает скорость прокатки, разрезка направляемых в мо-
талки труб на длины до 2200 м осуществляется летучими ножницами.
Охлаждение увязанных бунтов массой до 1 т производятся на подвес-
ном конвейере, большая часть которого расположена вне здания цеха.
Агрегаты непрерывной печной сварки труб имеют следующие основ-
ные типоразмеры, характеризующиеся диапазоном диаметров произво-
димых труб: 1/8-Г; 1/2-2"} 1/2-3"; 1/2-4”; 1-4" (трубе с условным
проходом в дюймах - внутренним диаметром 1/8" по ГОСТ 3262-75
соответствует наружный диаметр 10,2 мм; 1/2”-21,Змм; Г'-33,5мм;
2"-60 мм; 3"-88,5 мм; 4"-114 мм). Производительность различных
агрегатов зависит от сортамента и достигает 300 тыс. т/год к более
599
(на рассмотренном агрегате 1/8-Г - 310 тыс. т/год). Расходный коэф-
фициент металла на этих агрегатах составляет 1,05-1,07.
X Производство электросварных прямошовных труб малого
и среднего диаметра
Технологические процессы производства прямошовных труб малого
и среднего диаметров на сталии выполнения подготовительных опера-
ций (заключающихся в получении бесконечной полосы), а также фор-
мовки полосы в трубную заготовку (осуществляемой в холодном сос-
тоянии в ыногоклетевом непрерывном стане) в основном однотипны.
Принципиальное отличие вносит способ сварки кромок. Существенно
могут различаться и заключительные операции: по способу разделения
бесконечной трубы на мерные длины - разрезке или разрыву; приме-
нению или отсутствию операция снятия наружного и внутреннего свар-
рочного грата; технологии редуцирования - в холодном или горячем
состоянии, бесконечной трубы или отдельных удлиненных труб-плетей.
Широкий сортамент труб - от 8 х 0,2 (непосредственно после сва-
ки) до 530 X 12 мм - изготавливают на ряде типоразмеров трубоэлект-
росварочных агрегатов (ТЭСА): 5-16, 6-32 (минимальные диаметры
получают холодным редуцированием), 10-60, 20-76, 20-102, 40-114,
51-152, 73-219, 152-426, 159-530. Замена сварочной части стана поз-
воляет на одних и тех же ТЭСА осуществлять различные способы свар-
ки и, следовательно, производить трубы различного марочного сорта-
мента и назначения, требующие соответственно получения сварного
шва разной прочности и надежности. Агрегаты отличаются в основном
конструктивными решениями и характеристиками оборудования,
в определенной мере - составом оборудования (рис. 286).
Подготовительная линия ТЭСЛ включает оборудование для правки,
стыковки полос из отдельных рулонов в бесконечную полосу и обес-
печения, тем самым, бесконечного процесса в формовочносварочном
стане (аналогично агрегатам непрерывной печной сварки), а также в
ряде случаев оборудование для получения постоянной ширины полосы
и очистки кромок. Большие колебания ширины, в частности, имеют
место в связи со значительными допускаемыми отклонениями ширины
полосы в рулонах, поступающих на ТЭСА больших типоразмеров с
листопрокатных станов. Строгое же соблюдение постоянной ширины и
устранение серповидности полосы обусловлены требованиями фор-
мовки без образования волнистости и гофров, точного схождения
кромок в сварочном калибре и создания в нем постоянного давления,
т.е. качеством сварного шва. Выполнение указанных требований зат-
рудняется при холодной формовке, когда невозможно создать зна-
чительное редуцирование трубной заготовки в последних форыовоч-
600
a
Tjk. 286. Технологические схемы производства прямоптовяых электросварных труб
малого и среднего диаметра;
а - наиболее распространенная схема; б, а — схемы с редукционно-растяжным станом го-
рячей пли холодной прокатки, установленным вне линии или в линии формовочно-сва-
рочного стана; 1 — подготовительная линия; 11 — формовочно-сварочный стан; 111 — линия
калибрования (редуцирования) в деления труб; 1 - приемный транспортер; 2 — рааматы-
ватепь; 3 - листоправильная машина; 4 - гильотинные ножницы поперечной резки; 5 -
стыкосварочная машина; б - грвтосякматель; 7 - петпеобратоватедь; 8 - дисковые крсмко-
обрезные ножницы; 9 — устройство для зачистки кромок; 10 - формовочный стан; 11 —
сварочный узел; 12 - наружный гратоенхматель; 13 - охлаждающее устройство; 14 - стан
для калибрования и предварительвой правки труб; 1S - летучее отрезное устройство для
деления труб из мерные длины или плети; 16 - труба мерной длины; 17 — передаточная
решетка; 18 - нагревательная печь; 19 - редукционно-растяжной стан; 20 - летучая пила
(ножницы); 21 - холодильник или передаточная решетка; 22 — моталка (штриховой ли-
нией показано оборудование, устанавливаемое при необходимости на некоторых агрегатах)
ных и сварочном калибрах и снизить волнистость кромок за счет вы-
тяжки всего сечения. Поэтому в составе ТЭСА больших типоразмеров
устанавливаются дисковые ножницы с кромкокрошителем, осущест-
вляющие одновременную обрезку обеих кромок в линии стана. На
ТЭСА, производящих трубы малых диаметров и применяющих соот-
ветственно ленту малой ширины, отдельно устанавливаются агрегаты
продольной резки с дисковыми ножницами, на которых производят
роспуск поступающих в цех широких полос, обеспечивая при этом
требуемую условиями сварки равноширинность ленты. Очистка кро-
мок также связана с улучшением качества сварного шва, особенно
при газоэлектрической сварке и сварке сопротивлением; устранение
окислов и загрязнений производится металлическими щетками (игпо-
фрезами).
601
Форл4оека полосы
Процесс непрерывной валковой формовки в трубоэлектросварочном
стане, несмотря на ряд общих закономерностей с формовкой при печ-
ной сварке, имеет важные отличия: а) при деформации изгиба в холод-
ном состоянии значительно сильнее выражены упругие составляющие
деформации при нагрузке и разгрузке, что ставит задачу их ограни-
чения; б) форыуеыые заготовки имеют более высокую тонкостенность
(d/s = 10 * 75 и более на ТЭС А, 4 * 35 на агрегатах печной сварки),
это снижает их продольную устойчивость при действии изгибающих
моментов со стороны клетей и повышает вероятность образования
гофров на кромках (рис. 287), особенно интенсивно при d/s > 50.
Указанные отличия обусловливают необходимость выполнения про-
цесса формовки в многоклетевых станах (рис. 288) вместо двух клетей
при горячей формовке толстостенной трубной заготовки. В таких ста-
нах число клетей, расстояние между ними и угол сворачивания полосы
в каждой клети должны определяться из двух условий; устранения
гофрообразования и обеспечения устойчивого продвижения полосы че-
рез стан. Последнее условие означает по сути соблюдение условия
захвата металла валками в установившемся процессе. Если при про-
дольной прокатке это условие выражается в наличии предельного об-
жетия Ahm!Ut = то при формовке имеется аналогичная величина
Афтах “ предельный угол подгибки (сворачивания) в одной клети.
В этом случае, учитывая полный угол подгибки (₽ * 360*, число клетей
стана должно составлять п > ЗбО*/Д Фтах. Реально на станах разных
типоразмеров применяют 6-11 приводных клетей с горизонтальными
валками, между которыми устанавливают клети с вертикальными
неприводными валками (эджерные клети) или роликовые проводки.
Ри. 2S7. Образование гофров при валковой формовке труб:
в - при полной потере продольной устойчивости трубной заготовки (изгибающий момент
Мщг больше предельного значения Мад); б - при формовке серповидной полосы (Мвдг <
< Мпр, односторонний гофр на более длинной кромке)
602
п
Ри. 288. Схема процесса холодной формовки в непрерывном стане:
а - общий вид очага формовки; б - сечения по осям вертикальной клети и роликовой
проводки; в - сечения по осям горизонтальных клмей; I, П, к, п - номера клетей; i - по-
мер произвольной клети; I - горизонтальные приводные валки с открытым калибром
(в клетях I... к);2 - горизонтальные приводные валки с закрытым калибром и разрез-
ной шайбой (в клиях к +1... л); 3 - вертикальные неприводные валки; 4 ~ роликовая
проводка; S - полоса; S - формуемая трубная заготовка; L; - локальный очаг формовки
(его участки: lt — контактной деформации; !3 - внеконтактной деформации); !3 - упруго-
разгруженный участок, Ц - участок распружививания
Полная или основная часть упругой и пластической деформации
изгиба при формовке производится в горизонтальных клетях и под
их воздействием в придшествующей внеконтактной зоне. Вертикаль-
ные валки должны главным образом уменьшать величину упругой
отдачи профиля - распружинивание после деформации в горизонталь-
ной клети. Однако после вертикальных валков распружинивание все же
происходит, поэтому следующая горизонтальная клеть создает новый
внеконтактный участок упруго-пластической деформации и, следова-
тельно, новый локальный очаг формовки Lj. Разделение полного
очага формовки на локальные означает, что деформации изгиба, в том
числе кромок, происходит немонотонно - с периодическим увеличе-
нием и уменьшением угла сворачивания. Такой характер деформации
603
вызывает повышенное растяжение кромок и увеличивает вероятность
гофрообразования. Для создания монотонного очага, что особенно
важно при формовке тонкостенных заготовок с d/s > 50, между горизон-
тальными клетями устанавливают специально настроенные проводки
с короткими цилиндрическими роликами; при этом часть деформации
изгиба можно осуществить в роликовых проводках. Уменьшению
гофрообразования способствует также такая установка клетей, осо-
бенно последних, когда центральная (нижняя) образующая трубной
заготовки и, соответственно, уровень дна калибров нижних горизон-
тальных валков по ходу формовки постепенно понижаются (рис. 288, о;
занижение А).
Калибровка валков должна обеспечить: универсальность, т.е. воз-
можность применения одних и тех же валков (в первых клетях) для
формовки трубных заготовок разных диаметров, что снижает парк
валков; устойчивость полосы и заготовки от смещений вдоль оси вал-
ка; возможность формовки тонкостенных заготовок; интенсивный ре-
жим формовки, что сокращает число рабочих клетей; пониженный
износ валков. Указанные требования, как правило, не могут быть
удовлетворены одной калибровкой, в связи с чем разработаны разные
их типы. На рис. 288, в показана однорадиусная калибровка, где в
каждом калибре трубная заготовка изогнута одним радиусом и,
постепенно уменьшающимся по ходу формовки до значения г„, при-
мерно равного радиусу готовой сваренной трубы. Применяются также
двухрадиусные калибровки, профиль которых описан двумя разными
радиусами (кромки - радиусом р, центральная часть - рц; один яз ра-
диусов постоянен по ходу формовки и равен гп, второй - переменный,
постепенно уменьшающийся) и другие типы. По совокупности выпол-
няемых требований наибольшее распространение - на 50 % агрегатов -
получила однорадиусная калибровка, обеспечивающая максималь-
ную универсальность при прочих сравнительно высоких показателях.
Формовочные станы имеют групповой или индивидуальный привод
клетей. Полная мощность привода на станах разных типоразмеров на-
ходится в пределах 25- 600 кВт.
Высокочастотная сварка
Сварка токами высокой частоты (10-450 кГц) является наиболее
распространенным способом получения электросварных труб всего
диапазона малых и средних диаметров. Это объясняется следующими
ее преимуществами: возможностью достижения высоких скоростей
сварки - до 2-2,5 м/с без ухудшения качества сварного шва; возмож-
ностью получения труб яз широкого диапазона марок стали - углеро-
дистых, легированных, высоколегированных, а также цветных метал-
лов и сплавов, причем с использованием одного и того же свароч-
604
кого оборудования; возможностью использования различных исход-
ных заготовок - от холоднокатаных до нетравленых горячекатаных
полос - и получения даже в последнем случае достаточно прочного
сварного шва; сравнительно низким удельным расходом электроэнер-
гии. Указанные преимущества высокочастотной сварки обусловле-
ны важной ее особенностью, которая заключается в значительной кон-
центрации тока на свариваемых торцах кромок. Это основано на
действия при высоких частотах тока двух физических эффектов:
поверхностного эффекта (повышения плотности тока на поверхностях
проводника) и эффекта близости (притяжения двух токов, имеющих
противоположные направления). Концентрация тока на поверхности
приводит к прогреву очень тонких по сравнению с другими способами
нагрева и сварки слоев металла: при частоте 450 кГц и 20 *С глубина
прогрева кромок составляет 0,05 мм; с потерей магнитных свойств
(после 723 *С для стали) глубина прогрева увеличивается и достигает
всего 0,9 мм при частоте 450 кГц и 2 ым - при 70 кГц. Благодаря уско-
ренному нагреву тонких слоев металла и достигаются высокая ско-
рость сварки, пониженная энергоемкость, а также другие преимущества
способа.
Подвод тока к кромкам трубной заготовки от высокочастотного
генератора производится контактным или индукционным методом.
При контактном методе (рис. 289) ток между скользящими или вращаю-
щимися контактами может протекать по трем путям: - прямой ток
от одного из контактов по кромке до точки схождения кромок 4 и
далее обратный ток ко второму контакту; 13 - ток по кольцевому пе-
риметру заготовки; 13 - ток по кромкам через разрезную шайбу по-
следней формовочной клети. Сила тока I = V/R определяется напряже-
наем U и полным сопротивлением цепи переменному току R °
= + (яс - Rj)*, включающим активную Ra, индуктивную RIt и
емкостную Rp^c^O) составляющие. В трубной заготовке среднего
диаметра с относительно большим периметром кольца (Ул, + Rl)3 »
» (Re)i, поэтому 12 « Подвод тока осуществляется так, что (Яв)3 »
> (Re)i, поэтому 13 « /р Максимальный ток 1и сконцентрированный
в основном на поверхности кромок, вызывает их интенсивный ра-
зогрев. По мере сближения кромок с помощью шовсжимающих роли-
ков, образующих сварочный калибр, плотность тока возрастает; в точ-
ке схождения кромок 4 (точке сварки) достигается максимальная тем-
пература. При дальнейшем продвижении Стыка кромок в пределах
очага сварки АВ происходят редуцирование заготовки, осадка кро-
мок и образование сварного шва.
При уменьшения диаметра труб и, соответственно, кольцевого пу-
ти тока 12 активное и полное сопротивления этого пути снижаются.
Шунтирующий ток приближается к полезному что приводит к
605
Лк. 289. Схема высокочастотной сварки с контактным подводом тока:
1 - валки последней формовочной клети с закрытым калибром и разрезной шайбой; 2 -
сформованная трубная заготовка; 3 - контакт с вольфрамовой напайкой; 4 - шовсжимаю-
щие валки сварочлой клети; 5 - труба; б - сварной шов; 7 - клеммы тока высокой часто-
ты; Л - точка сварки; АВ - очаг сварки
нагреву всего пераметра и необходимости увеличения подводимой
мощности для сварки.
Основным недостатком контактного подвода является то, что ои
требует использования исходной заготовки с чистой и гладкой по-
верхностью - холоднокатаной или травленой горячекатаной - для
улучшения передачи тока и стабилизации режима сварки. Но даже
при использовании таких заготовок вертикальные колебания кромок,
износ контактов, изменения состояния поверхности создают наруше-
ния режима сварки; износ контактов приводит к остановкам стана и
снижению его производительности; искрение между контактами и
кромками приводит к поджогам на поверхности трубы.
Индукционный бесконтактный метод подвода тока лишен отмечен-
ных недостатков. Возбуждение вихревых токов в металле осущест-
вляется с помощью 2-5-витковых кольцевых индукторов (рис. 290).
Охватывающие индукторы, установленные снаружи трубы, применя-
ются на всем диапазоне диаметров производимых труб; внутренние
индукторы устанавливаются при производстве труб диаметром свыше
200 мм. Индуктируемые токи достигают максимальной концентрации
на торцах сходящихся кромок. Сила тока и интенсивность нагрева
зависят от магнитной проницаемости среды и возрастают при введении
606
Ъг. 2М. Схеме выеокочмтотаой сверки с индукционным подводом токе;
1 — валки последней формовочной клети; 2 — кольцевой индуктор (в виде водоохлаждае-
мой трубки); 3 - набор ферритовых колец (ферромагнитный сердечник); 4 - шовсжимаю-
щие валки сварочной клети; 5 - резец наружного гратосяимателя; 6, 7 - корпус и резей
внутреннего гратосинмателя; 8 - звездочке для насечки грата; 9 — опорные ролики; 10 -
дружке; 11 - кронштейн; 12-штанга
внутрь заготовки на участке нагрева ферромагнитного сердечника.
Сердечник составляется из надетых на водоохлаждаемый стержень
колец феррита (66 % Fe3O3 + ZnO, NiO, CuO); при использовании внут-
реннего индуктора он охватывает сердечник. Индукционный подвод
тока обеспечивает стабильную передачу энергии независимо от состоя-
ния поверхности полосы и, соответственно, сравнительно стабильные
режим сварки и качество сварного шва. Указанное его преимущество,
несмотря на увеличение в 1,2-2 раза расхода энергии по сравнению
с контактным подводом (за счет повышенного нагрева всего контура
заготовки), предопределяет его применение в настоящее время на
подавляющем большинстве агрегатов.
Питание индукторов на ТЭСА разных типоразмеров осуществляется
от ламповых (частота до 450 кГц) или машинных (частота 10 кГц) ге-
нераторов. Оптимальная частота при сварке труб из стали, никелевых
сплавов диаметром до 100 ым составляет 450 кГц, латунных - 70 кГц;
при сварке стальных труб диаметром более 200 мм с толщиной стен-
ки 6-20 мм для повышения глубины прогрева частоту тока снижают
до 10 кГц, скорость сварки - до 0,5-1м/с. Мощность сварки зависит
от ее скорости, толщины стенки труб, а также от принятого режима
нагрева кромок - доведения их только до температуры плавления,
либо оплавления в точке сварки или на части длины. Ниэкоугперодис-
тые стали с неокислеииой поверхностью кромок могут свариваться
по первому режиму при минимальной мощности сварки, но с приме-
нением максимальных сварочных давлений - до 50 МПа. Наличие
окислов, особенно тугоплавких окислов легированных и высоколе-
гированных сталей, требует оплавления кромок. Потребная мощность
для сварки труб среднего диаметра при этом достигает 1600 кВт. Воз-
можность применения различных режимов высокочастотной сварки
607
объясняет отмеченные выше преимущества этого способа - реализа-
цию сварки труб из широкого диапазона сталей, цветных металлов и
сплавов и получение их из нетравленой полосы.
Любой из режимов высокочастотной сварки приводит к образованию
наружного и внутреннего грата, высота которого достигает 60% тол-
щины стенки трубы. Грат получается ровный, но высокий при свар-
ке в пластическом состоянии и пилообразный при оплавлении кромок.
Образование грата является существенным недостатком высокочастот-
ной сварки. Наружный грат удаляется постоянно с помощью гратосня-
метеля, установленного в линии стана и срезающего грат в горячем
состоянии. Предотвращение образования внутреннего грата путем
специального формообразования кромок или удаление его путем ре-
зания, закатки, сжигания является значительно более сложной зада-
чей. Решение же этой задачи очень эффективно, так как достигается
повышение потребительских свойств и расширение области приме-
нения электросварных труб. Наибольшее распространение получили
внутренние гратосниматели с одним резцом, выполняющим непрерыв-
ное резание (см. рис. 290). Однако необходимость замены резца и ос-
тановки при этом стана обусловливает использование таких гратосни-
мателей обычно только для производства отдельных партий труб по-
вышенного качества. Разрабатываются гратосниматели с группой рез-
цов, расположенных вдоль шва на определенных расстояниях друг
от друга и вступающих в работу периодически, что обеспечивает по-
вышение их стойкости.
Сварка постоянным током методом сопротивления
При высокочастотной сварке труб диаметром менее 16 мм возника-
ет ряд технологических отклонений от рациональных режимов процес-
са и конструктивных затруднений: увеличивается шунтирующий ток
по периметру трубы в связи с уменьшением его длины, что снижает
концентрацию тока на кромках; габариты индуктора и валков сва-
рочной клети не позволяют сблизить их настолько, чтобы существенно
уменьшить активное сопротивление кромок, снизить тем самым ток
по кольцевому пути и повысить его концентрацию на кромках; зна-
чительное уменьшение габаритов ферромагнитного сердечника при-
водит к его перегреву и обрывам.
В связи с этим для изготовления нижнего диапазона сварных труб
малых диаметров (5-32 мм) применяется способ сварки постоянным
током методом сопротивления. Способ основан на разогреве кромок
за счет тепла Q = t т, которое выделяется за время т при прохож-
дении больших токов < 20 кА (при напряжения 7 В и менее) через
стык сведенных кромок, имеющий из-за шероховатости поверхности
большое активное сопротивление Ra. Ток подводится к кромкам
608
hr. 31. Схема сварки постоянным током методам сопротивления:
1 — вращюишнеея конпкш (мтектродаыв кольца) яэ медного олива; 2 — мзоляциоявм
кольцо; J - сварной шов; 4 - шотжкимиощве валки; 5 - подшктинк; 6 - вращгишгсз
лиски токосъемника; 7 - неподвижные ванны токосъемника; 8 - жидкая ртуть; 9 - вода
(для предотвращения внпрения ртути); 10 — выпрямитель; 11 — трансформатор; 12 — труСа
с помощью вращающихся контактов-электродов (рис. 291). Разогрев
кромок и сварка их давлением происходят в процессе продвижения
трубной заготовки через сварочный калибр, образованный электрода-
ми и установленными на одной оси с ними шовежимающими валками.
Схема подвода и возможных путей тока такова, что рассматриваемый
способ сварки рационален при изготовлении труб с dis > 12. В против-
ном случае шунтирующий ток заметно увеличивается, полезный сва-
рочный ток 1а соответственно снижается, а нагрев трубы по всему
периметру не позволяет создать достаточную величину сварочного
давления и получить шов требуемой прочности.
Наибольший удельный вес в сортаменте труб, изготавливаемых
сваркой постоянным током, занимают трубы диаметром 10-20 мм с
толщиной стенки 0,7-1мм. В качестве исходной заготовки исполь-
зуется холоднокатаная обезжиренная пента. Скорость сварки состав-
ляет 0,5-1,2 м/с. Трубы меньших диаметров получают холодным ре-
дуцированием с суммарным обжатием до 50%. Так, па ТЭС А 5-16
(см. рис. 286, в) установлен 17-клетевой редукционно-растяжной стан,
включающий чередующиеся 9 приводных я 8 неприводных двухвал-
ковых клетей; трубы диаметром 5-12 мм сматываются в бунты, боль-
шего диаметра - разрезаются на мерные длины.
Основным преимуществом сварки постоянным током является по-
лучение ровного внутреннего грата высотой 0,15-0,25 мм, что не до-
стигается высокочастотной сваркой. Если же специальной калибров-
кой формующих валков и разрезных шайб создать условия, чтобы
39-1 и
609
в сварочном калибре торцы кромок начинали сходиться у наружной
поверхности я сварка распространялась от наружной к внутренней
поверхности, то внутренний грат не превышает 0,1- 0,15 мм. Наруж-
ный же грат постоянно удаляется гратоснимателем. Поэтому такие
трубы позволяют заменять ими в ряде случаев более дорогие бесшов-
ные холодиодеформированные, в частности, использовать их для
напорных маслопроводов различных машин.
Газоэлектрическая (аргон но-ду?овая, плазменная) сварка
Для получения прочного и плотного шва на трубах малого и сред-
него диаметров ответственного назначения, изготавливаемых из вы-
соколегированных сталей, никеля и его сплавов, сплавов титана,
алюминия и др., используются способы сварки плавлением - дуговая
сварка с защитой дуги инертным газом и плазменная. Наряду с наи-
более распространенным сортаментом труб dX s = (8 + 102) х (1 + 3) мм,
получаемых этими способами, широкое распространение получила
сварка особотонкостеииых труб (8 + 40) X (0,2 + 0,35) мм, процесс из-
готовления которых требует особо точной формовки и регулирования
теплового режима сварки.
Газоэлектрическая сварка основана на использовании электричес-
кой дуги, один полюс которой находится на иеплавящемся вольфра-
мовом стержне - электроде, другой - на кромках трубной заго-
товки. Тепло дуги концентрируется на небольшом участке в эоне
горения и вызывает быстрое расплавление кромок. Расплавленная
ванночка металла до полной кристаллизации и образования тем са-
мым сварного шва защищается от атмосферного воздуха слоем инерт-
ных газов, препятствующих окислению металла. Указанные процессы
безокислительного плавления и кристаллизации металла, а также
образования шва за счет собственно кристаллизации (а не сдавлива-
ния кромок с вытеснением жидкой фазы) и создают специфическую
особенность газоэлектрической сварки - возможность получать тру-
бы из высоколегированных сталей и сплавов с качественным проч-
ным швом без пилообразного грата.
Дуговая сварка с защитой дуги инертным газом осуществляется с
помощью специальной сварочной горелки (рис. 292, а), включающей
вольфрамовый электрод диаметром 3-5 ым и керамическое сопло
для подвода газа к очагу сварки. Горелка крепится к сварочной го-
ловке, имеющей устройства для поперечной, вертикальной и продоль-
ной (вдоль шва) корректировки положения горелки и, тем самым, ре-
гулирования режима сварки. Сварка производится постоянным током
или переменным током повышенной частоты (180-360 Гц). В основ-
ном применяется постоянный ток; в зависимости от свариваемого
материала ему придают разную полярность, принимая во внимание
610
Ък. 292, Схемы газозлоирической сверки:
в - дуговая сварка в среде защитного гма; б - плазменная сварка; 1 - вольфрамовый
электрод; 2 - изоляционная втулка; 3 - корпус горелки; 4,19 - сопло для направления
струи защитного газа; S - мектрододержатель; 6 - отверстия для выхода защитного газ;;
7 - свободяогорящая дуга; Я - струи защитного газа; 9, 14 - ванночка расплавленной
металла; 10 - трубка для подачи защитного газа; 11 - свариваемая труба; 12 - опорньп
валки; 13 - герметизирующая пробка; 15 - сварной шов; 16, 17 — корпус и сопло корпуса
плазмотрона; 18 - сжатая дуга (плазменная струя); В - подвод и отвод охлаждающей во-
ды; ЗГ, ПГ - подвод защитного и плазмообразующего газа (штриховой линией показан
подвод тока для зажигавия дуги)
более высокую температуру анодного пятна дуги. Переменный т
позволяет повысить тепловую мощность дуги, которая, однако, с
новится менее устойчивой.
Сварка труб обычного сортамента осуществляется дугой непрер’
ного действия, характерные параметры которой - напряжение 10- к В,
сварочный ток 100-300 А, длина - 1-1,5 толщины стенки. Для особо-
тонкостенных труб применяются токи 20-30 А и, тем не менее, могут
возникать прожоги и деформация кромок, а мапоамперная дуга не-
устойчива. В связи с этим для сварки таких труб используется процесс
с импульсной дугой. Он сочетает работу малоамперной дежурной дуги
(1-1,5 А), горящей постоянно, и импульсной дуги (20-30 А, длина
0,8-1 мм), горящей периодически. Отдельные источники питания дуг
подключаются к одному электроду. Импульсная дуга должна рабо-
тать с перекрытием точек расплавления; дежурная дуга служит для
возбуждения импульсной дуги и заварки кратеров. Особенностью
611
сварки особотонкостенных труб является необходимость очень точ-
ного сведения кромок. Это достигается установкой вместо опорных
валков разрезной фильеры с регулируемым диаметром проходного
отверстия.
Защита очага сварки, охлаждение электрода, ванночки расплав-
ленного металла и сварного шва производятся аргоном, гелием или
их смесями. Гелий по своим теплофизическим свойствам в большей
мере отвечает условиям сварки - стабилизирует дугу, концентрирует
тепло, что улучшает качество шва и позволяет увеличить скорость
сварки. Однако из-за низкой плотности гелий легко улетучивается.
Аргон, более плотный, чем воздух, имеет значительно более низкий
расход, надежнее защилщет сварочную ванночку, намного ниже и его
стоимость. В большей мере развито в настоящее время применение
аргона (аргонно-дуговая сварка). В обоих случаях для экономии га-
за и повышения герметизации сварочного узла его помепиют в каме-
ру с отверстиями для прохода трубы.
Важной задачей является получение труб с минимальным внутрен-
ним ’’гратом” - выступанием валика шва над поверхностью TpjrfSw.
Жидкая ванночка поддерживается в подвешенном состоянии силами
поверхностного натяжения. Чем больше толщина стенки труб и масса
ванночки, тем больше ее провисание внутрь. Для создания дополни-
тельных вертикальных сил и предохранения металла от окисления
внутрь трубы также вводится аргон; он подается по трубке, введен-
ной через зазор между кромками недоформоваииой заготовки, при-
чем выходная насадка подает струю аргона непосредственно на рас-
плавленный металл. Полученный за счет поддува сглаженный невы-
сокий "грат” позволяет использовать сварные трубы как заготовку
для станов ХПТ.
Основной недостаток аргопно-дуговой сварки - низкая скорость
процесса, которая составляет 0,01-0,03 м/с, где меньшие значения
относятся к сварке особотонкостенных труб. Скорость сварки ограни-
чена, с одной стороны, наличием предела подводимой тепловой мощ-
ности (из-за возможной деформации кромок и прожогов), с другой -
временем застывания жидкого металла (из-за возможного образования
горячих трещин под действием распружинивающих сил трубной за-
готовки при выходе трубы с неполностью закристаллизовавшимся
металлом шва из зоны опорных валиков). Для увеличения скорости
сварки применяют: предварительный подогрев кромок перед сваркой
до 150-200 *С с помощью высокочастотного охватывающего индуктора;
установку двухдуговых головок - с двумя последовательно распо-
ложенными электродами; установку щелевидных сопел или хвосто-
вых газоподводящих насадок; установку вместо опорных валков
удлиненных в направлении выхода трубы проводок скольжения.
612
Дальнейшее повышение скорости сварки достигается применением
плазмотронов. С их помощью может быть осуществлена сварка закры-
той сжатой дугой и микроплазменная сварка.
Закрытая сжатая дуга (в отличие от своболногорящей дуги при
обычной аргонно-дуговой сварке) образуется за счет установки электро-
да внутри горелки и наличия узкого канала сопла диаметром 2- 3 мм
для горения дуги и выхода плаэмообраэующего газа (рис. 292, б). Дуга
зажигается между электродом и кромками (прямая дуга). Диаметр
рабочего конца электрода 1-1,5 мм. Газ, обычно аргон, выходя из
сопла, изолирует от стенок и сжимает дугу. Плотность тока в дуге
увеличивается, а газ ионизируется и происходит образование потока
плазмы. Температура в центральной части сжатой дуги достигает
150ОТ-30000 *С, в то время как у своболногорящей дуги - 10000-
15000 ‘С, при этом площадь пятна нагрева снижается более чем в два
раза. Существенное повышение концентрации тока при сохранении
тепловой мощности позволяет до двух раз увеличить скорость расплав-
ления металла и, соответственно, скорость сварки. Расход аргона на
образование плазмы и защиту наружной стороны шва при использо-
вании плазмотрона снижается с 5 до 1,5-2 л/мин, на внутреннюю сто-
рону сохраняется тем же - 0,5-1 л/мин. Плазменная сварка, как и
обычная аргонно-дутовая, может выполняться в непрерывном и им-
пульсном режиме.
Микроплазменная сварка применяется для особотонкостенных
труб. Она характеризуется еще большей степенью сжатия дуги и кон-
центрацией тока, при которой достижение требуемой плотности тока
осуществляется при меньших его значениях. Это достигается даль-
нейшим уменьшением диаметра сопла, составляющим 1 мм при электро-
де диаметром 1 мм, в связи с чем первичное образование плазменной
струи осуществляется от косвенной (дежурной) дуги, зажигаемой от
отдельного слаботочного источника питания между электродом и кор-
пусом горелки. После образования плазменной струи косвенная луга
отключается, напряжение переключается на трубу и образуется с а-
тая плазменная дуга прямого действия. Малое пятно нагрева не г и-
водит к коробления кромок, создает узкий шов.
При плазыеииой сварке скорость ионизированного газа может дости-
гать околозвуковых скоростей, в основном за счет сильного разогре-
на я расширения газа и прохода через узкий канал сопла. При некото-
рых критических скоростях истечения плазмы сварка переходит в
резку.
Калибрование, правка и разрезка труб
После сварки и снятия грата трубы охлаждают, калибруют по диа-
метру (или редуцируют), предварительно правят и разделяют на мер-
ные длины.
Калибрование производится в станах, содержащих 3-4 двухвалко-
вых клети с горизонтальными приводными валками и чередующиеся
с ними неприводные клети с вертикальными валками. Станы крупных
типоразмеров содержат 3-4 четырехвалковых клети с приводными
горизонтальными валками. Непосредственно за калибровочным ста-
ном устанавливается неприводная четырехвалковая правильная клеть,
осуществляющая наряду с правкой снятие овальности труб. Разделе-
ние труб производится на ходу летучими разрезными или разрывными
устройствами. Разрезка в большинстве случаев выполняется диско-
выми ножами, установленными во вращающейся вокруг трубы обой-
ме и сходящимися в процессе реэа. Разрывные устройства устанавли-
ваются на станах крупных типоразмеров; для возможности разрыва
трубы они включают индуктор, производящий нагрев узкой кольпе-
>ой зоны трубы по месту разрыва.
Показатели работы различных трубоэлектросварочных станов в зна-
чительной мере зависят от сортамента выпускаемых труб и приме-
няемого способа сварки. Производительность станов составляет от
1 тыс. (и менее) до 1 млн. т в год. Расходный коэффициент металла -
1,04-1,09; удельный расход электроэнергии - 200-500 МДж/т (на ста-
нах горячей прокатки - 300-1000 МДж/т, при печной сварке - 1 ОТ-
150 МДж/т).
4. Производство электросварных прямошовпых труб большого
диаметра
К этой группе относятся трубы диаметром 530-1620 мм с толщиной
стенки 7-32 мм, длиной до 12- 18 ы из низкоуглеродистых и низколе-
гированных сталей, используемые для различных трубопроводов.
Исходной заготовкой для них являются горячекатаные листы мерной
длины. Трубы изготавливаются с одним или двумя продольными шва-
ми в зависимости от ширины используемого листа, которая может
соответствовать периметру свариваемой трубы (тогда максимальная
требуемая ширина листа достигала бы 5100 мм) или ее полупериметру.
Ширина исходного листа должна превышать номинальный его размер
под сварку на величину припуска (до 15 мм), снимаемого в процессе
подготовительных операций.
Подготовительная линия включает магнитный или вакуумный лис-
тоукладчик, подающий листы из пакета по одному на приемный роль-
ганг, 5-9-ролнковую правильную машину, строгальный или фрезер-
ный станок для обработки кромок, в некоторых случаях - гильотин-
ные ножницы для обрезки концов листов. В станке для обработки
кромок производится транспортирование листа прижимными ролика-
ми относительно неподвижных резцов или вращающихся фрезерных
614
Fee. 293. Схема технологического процесса формовки с исполыовапнгм гидравлических
прессов:
а - кроикогибодаый стан (2 - формующие валки последней клети); б — пресс предвари-
Т0ЛЫ1ОЙ формовки (I — штамп; 2 - гибочные ролики: 3 — боковые центрирующие ролики;
4 — контргруз); в - пресс окончательной формовки (2 - полуппампы; 2 - центрирующая
шпонка); 0 и I - исходное положение и окончание операции формовки
головок, осуществляющих строгание или фрезерование кромок до
достижения номинальной ширины листа, придание кромкам параллель-
ности и снятие фасок, необходимых по условиям сварки. В более
распространенном кроыкострогальном станке устанавливается до
20 резцов с каждой стороны для снятия припуска и четыре фаскооб-
разных резца. При получения двухшовных труб диаметром более
820 мм из двух узких листов (половинной ширины) вначале произво-
дятся те же подготовительные операции; для уменьшения отходов
металла в подготовительном отделении устанавливают устройства
для селекции листов - подбора лар листов одинаковой длины. Далее
технологический процесс осуществляется по одной из двух схем:
о - предварительная сварка двух узких листов продольным швом
в широкие карты с последующей формовкой их в цилиндрическую
трубную заготовку, как обычных широких листов; б - формовка уз-
ких листов в полуцилиндры с дальнейшей их сборкой и сваркой.
Формовка листов в трубную заготовку производится в прессах,
гибочных вальцах или валковых формовочных станах. В прессах и
вальцах процесс изгиба осуществляется одновременно по всей длине
листа, в формовочном стане - постепенно, по мере прохождения кле-
тей (как рассмотрено ранее). Полный процесс формовки цилиндричес-
кой заготовки, как правило, разделяется на несколько операций,
выполняемых на оборудовании разного типа.
Наиболее качественную формовку обеспечивает технология, исполь-
зующая прессы на заключительных стадиях (рис. 293). В отечествен-
ной промышленности она применяется для производства труб диамет-
ром до 1020 мм, длиной до 12 м, за рубежом - диаметром до 1420 мм,
615
Еж. 254. Формовка с кеполиоваижм гибочных виток
с - кромкяибочпм обмяця машин (I - шаблон, 2 - хясвяжк прижим); б - 4-эалко-
ные гибочные вальцы Q - верхний приводной валок; 2 - неприводной прижимной валок;
3 — неприводной гибочный боковой валок); 0 и I - сходное положение и окончание
оперяют формовки
длиной до 18ы. Предварительная формовка кромок может произво-
диться в прессах или на более простом оборудовании - в 4-клетевом
стане. Осуществляемый в стане процесс деформации отдельных листов
приводит к неравномерному изгибу кромок: концевые участки кро-
мок свернуты на меньший угол, чем средние, кромки не параллельны.
В связи с этим использование кромкогибочных станов допустимо
только при наличии последующей прессовой формовки, устраняющей
эти недостатки. Вторая операция - изгиб в прессах усилием 15-25 МН.
Заключительная формовка выполняется в прессах усилием 160-500 МН;
здесь после операция гиба, при которой работает часть гидроцилиндров,
пресс включается на полное усилие и цилиндрическая заготовка пе-
реводится по всему объему в пластическое состояние. Это и соз-
дает преимущества прессовой формовки: точность формы заготовки,
параллельность кромок и расположение стыка по образующей ци-
линдра, минимальное распружинивание заготовки после деформации.
Высокая стоимость и сложность эксплуатации прессов объясняют
применение в ряде случаев более дешевого, хотя и менее совершен-
ного способа формовки - в 3- или 4-вапковых гибочных вальцах
(рис. 294). Формовка осуществляется в процессе реверсивных попереч-
ных перемещений листа между приводным верхним и неприводными
регулируемыми нижними валками. Операции повторяются до полу-
чения заготовки с радиусом, равным радиусу свариваемой трубы. Вы-
дача трубной заготовки из вальцов производится через отбрасываю-
щийся подшипник верхнего валка. Недостатком этого способа явля-
ется недоформовка кромок - сохранение их прямолинейности, осо-
бенно в 3-валковых вальцах. Недоформованные кромки, стыкуясь
под углом (образуя так называемую "крышу”), создают затруднения
при последующей сварке. Поэтому перед вальцами также устанавли-
ваются кромкогибочные машины, причем такие, конструкция кото-
рых обеспечивает параллельность кромок за счет одновременного
изгиба по всей длине. Сюда относятся машины прессового или обкат-
ного (показанного на рисунке) типа.
616
Тк. 255. Ста амомяячеошй дуговой сварки под моем флюса:
а - еиак кромок сформомявой трубной мгавшкн, сваренный твхнолпгячееюш швом;
б — варка первого рабочего шва; в, г — стык кромок после сварки первого в второго ре-
Сечете шва; 1 - бункер для флюеа; 2 — устройство для отсасываявя нерасплавленного
флюса; 3 - флюс; 4 — кжхеш е электродной проволокой; $ - плавящаяся электродная
проволока; 6 — подающие правильные ролики; 7 - мундштук для направления мдапрода
со скользящим или роликовым контактом; 8 - теяяолщ'ичямй шов; 9 — дуга; 10 - кап-
ли расялавленнсго электрода; 11 - газовый пузырь; 12 - расплавленный слой флюса; 13 —
сварочная ванна; И—рабочий шов; 15— корка застывшего флюса
Формовка полуцилиндров для производства двухтонных труб
диаметром 1020 мм и более производится двумя способами: в прессах,
предназначенных и для формовки цилиндрических заготовок, после
установки в них соответствующих штампов; в непрерывных валково-
роликовых станах, позволяющих существенно снизить капитальные
затраты на оборудование.
Сварка труб включает несколько стадий: предварительную сборку
заготовки путем наложения технологического (прихваточного) шва,
приварку концевых технологических планок, окончательную сварку
рабочих швов.
Основные рабочие швы получают дуговой сваркой под слоем флю-
са (рис. 295). Дуга горит между электродами и кромками заготовки.
Так как трубы большого диаметра имеют сравнительно толстые стен-
ки, требующие глубокого проплавления и создания достаточно емкой
сварочной ванны, процесс сварки ведут с использованием плавящихся
электродов, а сварочная ванна образуется за счет одновременного
плавления как кромок, так и электродов. Используются обычно 2-
4 электрода, что позволяет увеличить скорость сварки; для улучшения
качества шва первому электроду придают поперечные колебательные
движения. Электродная проволока, подаваемая непрерывно в очаг
617
сварки, подбирается в соответствии с химическим составом металла
труб. Диаметр проволоки составляет 1,6-5 мм.
Перед электродами на стык кромок подается гранулированный флюс.
Химсостав его также зависит от марки свариваемой стали. Наиболее
распространенный флюс АН-60 включает Si02 < 46 %, МпО < 41 %,
СаО <10%, А1203 <5%. CaF2 < 8% и др. Состав флюса должен обес-
печить температуру его плавления не выше 1200 'С. Попадая в зону
дуги, флюс плавится и, будучи легче металла, всплывает, покрывая
поверхность ванны расппавлеииого металла и предохраняя ее от
окисления. На участке, где уже произошла кристаллизация металла
шва, производится отсос избытка нерасплавившегося флюса, который
возвращается на дальнейшее использование, а затвердевшая хрупкая
корка флюса легко удаляется после выхода трубы из сварочного стана.
Режимы сварки зависят от толщины стенки труб. Напряжение (40-
60 В), силу тока дуги (800-1500 А), скорость подачи электродной про-
волоки (0,01- 0,08 м/с) увеличивают с ростом толщины стенки; скорость
сварки, наоборот, уменьшается с ростом толщины стенки труб и сос-
тавляет 0,025-0,05 м/с.
Стадии окончательной сварки зависят от назначения труб, кото-
рое определяет необходимость выполнения рабочего сварного соеди-
нения с односторонним или двусторонним швом. Трубы ответствен-
ного назначения (для магистральных газопроводов, нефтепродукто-
проводов) свариваются двусторонним швом - внутренним и наруж-
ным, которые накладывают с перекрытием в корне шва, составляющим
30-40 % толщины стенки.
Особенность дуговой сварки труб большого диаметра, связанная с
образованием большой сварочной ванны, обусловливает необхо-
димость выполнения двух указанных выше предварительных опера-
ций. Первая из них - сварка технологических швов - осуществляется
в сборочном стане, где производится сведение кромок встык и их
предварительная облегченная сварка. Наложение технологического
шва обеспечивает относительную неподвижность кромок при оконча-
тельной сварке, что стабилизирует ее режим, а также гарантирует от
появления горячих трещин при кристаллизации металла рабочего
шва. Технологический шов получают непрерывным по всей длине
трубы, при этом используется в основном дуговая сварка плавящимся
электродом с защитой дуги углекислым газом. Производимая в конеч-
ном итоге трехслойная сварка (технологическая и двусторонняя ра-
бочая) обеспечивают наиболее высокое качество сварного соединения.
Вторая предварительная операция - приварка технологических
планок в месте стыка кромок на концах труб. Планки служат для на-
чала и выхода кратера дуги и сварочной ванны, так как на концах
618
сварные швы получаются недовыполненными. После сварки швов
планки обрезается, а труба по всей длине получается годной.
Калибрование труб большого диаметра, в отличие от всего осталь-
ного сортамента труб, выполняется не осаживанием, а раздачей. Про-
цесс проводится в гидравлических или механических экспандерах
(расширителях), в которых увеличение диаметра сваренных труб
производится за счет пластической деформации их по периметру на
0,8-1,2 %. В гидравлических прессах-экспандерах раздача концов
труб производится конусными пуансонами; они одновременно служат
для герметизации внутренней полости трубы, подвода воды и отвода
воздуха. Раздача средней части трубы осуществляется водой высокого
давления. Давление, требуемое для пластической деформции, ррюл >
> 2 s OT/dnn, где dBB - внутренний диаметр трубы. Для труб 1020 X 8,5-
14 мм из сталей с пределом текучести от = 400 МПа это давление состав-
ляет 7-11,5 МПа (70-115 атм). Деформация раздачи ограничена закры-
тыми полуштампами, диаметр внутренней цилиндрической полости
которых на 1,5-2 ым (величину упругой усадки) больше диаметра
готовой трубы. В процессе раздачи происходит некоторое укорочение
трубы. Процесс экспандирования является одновременно и процес-
сом правки; в этих же прессах при открытых полу штамп ах произво-
дится гидроиспытание труб давлением риа1 = 2 s [0]/<?Вн> где допусти-
мое напряжение для труб разного назначения [о] = (0,5-0,9) о,.
В механических экспандерах раздача производится внутренней цан-
говой оправкой. Деформирующие сегменты оправки раздвигаются с
помощью многогранного (по числу сегментов) клина, приводимого
от гидроцилинпра. Деформация выполняется дискретно-отдельными
участками, равными длине оправки. Одинаковый характер деформа-
ции по всей длине трубы приводит к большей ее точности по диаметру
по сравнению с трубами, прошедшими гидравлическое экспаидирова-
ние. Учитывая также меньшую стоимость оборудования, механические
экспандеры в новых цехах находят преимущественное применение.
При их установке требуется, однако, отдельный гидроиспытательный
пресс.
Производительность современного агрегата для производства пря-
мошовных труб большого диаметра, включающего линию формовки
и несколько линий сварки труб, достигает 1—1,8 млн. т в год.
5. Производство электросварных спиральношовных труб
Спиральношовные трубы получают путем сворачивания под углом
исходной рулонной полосы в цилиндрическую трубную заготовку со
спирально расположенным стыком кромок и сварки этого стыка
(рис. 296).
619
Тжс. Ж. Схема обриомния трубной мготовкл со спиральным стыком кромок в напряже-
ния, двйстоуадцдо в прямом и спиральном швее
1 — плюса; 2 - сформованная заготовка; 3 — сваренная труба; 4 — ппдттще валки; 5 —
роликовая проводка; £ - ппаяга доя установки внутренних сварочных автоматов (в верх-
него гибочного валка при валково-роликовом формовочном устройстве); 7 - формовочное
устройство; 8 - дотом» для внутренней сварки технологического шва; 9. 10 — автоматы
Принципиальной особенность!) и преимуществом такого способа яв-
ляется возможность получения разных диаметров труб из полосы оди-
наковой ширины или, наоборот, из разных полос - труб одного диа-
метра. Спиральношовные трубы, имеющие одинаковый диаметр с пря-
мошовными, позволяют использовать более узкую полосу. Зависимость
между шириной полосы Ь, наружным диаметром сформованной заго-
товки d и углом формовки а при производстве спиральношовных труб
определяется соотношением
b " п (d - s) cos ct. (381)
Отсюда видно, что при любых заданных h и d ведение процесса с точ-
ным прилеганием кромок достигается регулированием только угла
формовки а. Это делает указанный процесс мобильным по сравнению
с получением прямошовных труб, требующих точного соответствия
bad. Важными преимуществами спиральношовных труб являются
также: неприрывность процесса, позволяющая получать после порезки
трубы любой мерной длины; повышенная прочность труб одинакового
размера с прямошовными, обусловленная спиральным расположени-
ем шва и соотношением напряжений оа/о1 = 0,25(3 + cos 2 а) < 1
(см. рис. 296); возможность получения более тонкостенных труб, чем
прямошовные (например, при диаметре 1020 мм минимальная толщина
620
стенки соответственно 6 и 8 мм); высокая точность труб непосредствен-
но после формовки и сварки, исключающая операции правки и калиб-
рования; сравнительно малые капитальные затраты на формующее
оборудование. Недостатком является пониженная производительность
процесса по сравнению с производством прямошовных труб как за
счет увеличения длины сварного шва ОепирЛпрям = 1/cosa > I), так и
снижения скорости сварки из-за расположения сварочной ванны на
криволинейной поверхности трубы и возможности ее вытекания.
Спиральношовные трубы производят диаметром 50-2520 мм с тол-
щиной стенки 1-25 мм. Трубы большого диаметра, представляющие
собой основной сортамент спиральношовных труб, производят из ниэ-
коуглеродистых и низколегированных сталей, трубы малого и сред-
него диаметра - из более широкого диапазона сталей, включая высо-
колегированные. Способ сварки зависит от материала и размеров труб.
Для производства труб большого диаметра применяется дуговая свар-
ка плавящимся электродом под слоем флюса (для рабочих швов) или
в среде углекислого газа (для технологических швов). Для труб ма-
лого и среднего диаметра применяются высокочастотная сварка и
газоэлектрическая сварка неплавящимся электродом.
Ширина исходной полосы выбирается так, чтобы по возможности
обеспечить оптимальную величину угла формовки а = 40- 65", при ко-
тором, с одной стороны, происходит достаточное снижение оп по срав-
нению с Cj и увеличивается прочность трубы, с другой - увеличение
длины шва не приводит к существенному снижению производитель-
ности стана. При этом Ь/d = 1,3-2,35. Масса исходного рулона на совре-
менных станах для производства труб большого диаметра достигает
35 т при наружном диаметра до 2200 мм; допуск по ширине полосы
+20 мм, по серповидности - не более 1,5 мм на 1 погонный метр.
Подготовительные операции принципиально не отличаются от рас-
смотренных ранее (рис. 297). Особенность их заключается в сочетании
операций подготовки рулонной полосы (правка, обрезка концов и
стыкосварка рулонов, обрезка кромок на дисковых ножницах для
придания постоянной ширины я снятия серповидности полосы) и под-
готовки мерного листа сравнительно большой толщины (фрезерование
кромок с целью получения номинальной ширины, параллельности
кромок полосы и снятия фасок). Отличием современных агрегатов
является также замена стационарной стыкосварочной машины на
летучую, что исключает петлеобразователь, и установка перед ней
калибровочных ножниц, осуществляющих совместную поперечную
резку наложенных друг на друга переднего и заднего концов рулонов,
что обеспечивает точную их стыковку перед сваркой. Сварка стыка -
дуговая под слоем флюса, шов накладывается односторонний. Для
устранения протекания металла снизу устанавливают медную под-
621
Гж. 2Й. Схем» расположения оборудования груСозлеетросварочних смнов для производя-
на спиральношовных труб!
в, в, в - отдельные станы; / - подготовительная линия; II — линия формовки, сварки и
разрезки труб; J - тележка для транспортировки рулонов; 2 - консольно-поворотный кран;
3 - приемная тележка; 4 - р&зматывмель; 5 - правильная машина; 6 - гильотинные нож-
ницы; 7 - калибровочные ножницы; 8 - летучая стыкосзарочная машина; 9 - устройство
для отломки технологических планок; 10 - неприводиые дисковые ножницы; 11 — кромко-
крошительные ножницы; U - правильная машина; 13 — фрезерное устройство; 14 - уст-
ройство для очистки полосы сжатым воздухом; 15 - подающая валковая машина; 16 -
роликовая проводка; 17- штанга; 18 - формовочное устройство; 19 — автомат для сварки
наружного шва; 28 - летучий станок для плазменной резки; 21 - криволинейный направ-
ляющий рельс; 22 - выводной рольганг; 23 - передаточная решетка: 24 - опорно-поворот-
ная рама; 25- tn&waiytit рольганг
кладку; начало и конец сварки осуществляют на технологических
планках, удаляемых после сварки. Поперечный стыковой шов на го-
товой трубе также располагается по спирали, перпендикулярной ос-
новной; если трубы выполняются с двусторонним швом, то участок
стыкового шва не вырезается, а наложение второго рабочего шва
производится на отдельной установке вне линии стана. Транспорти-
рование полосы после стыкосварочной машины, задача и создание
усилия проталкивания ее через формовочное устройство осуществляют-
ся подающей машиной с 2-3 парами прижимных валков.
Формовка трубных заготовок производится в устройствах двух
типов: а ~ втулочных, полувтупочных с поддерживающими роликами
или роликовых; б - валково-роликовых с гибочными валками и на-
ружными или внутренними поддерживающими роликами (рис. 298).
Наиболее простой и жесткой является конструкция втулочного уст-
ройства. Втулка имеет внутреннюю цилиндрическую поверхность,
скользя по которой полоса изгибеется и приобретает форму цилиндри-
ческой трубной заготовки. Недостатком такого устройства является
622
he. 298. Формовочные устройства для производства спирельношовяых груб:
в - втулочное; б - полувтупочное; в - роликовое; г - валково-роликовое; 1 - полоса;
2 - формуемая заготовка; Э> 4 - сменная втулка и корпус; S - вводная проводка; 6 -
полувтулка; 7 - поддерживающие регулируемые ролики; 8, 9 - механизмы регулирова-
ния положения роликов; 10 - сменная кассета с иеприводнымя гибочными роликами;
II - гибочные валки; 12 - штанга для установки верхнего валка я внутренних сварочных
автоматов
наличие трения скольжения по всей рабочей поверхности и, следова-
тельно, необходимость в больших усилиях заталкивания, нанесение
дефектов на поверхность трубы; для каждого диаметра трубы требует-
ся отдельная втулка. Втулочные устройства в настоящее время ис-
пользуются только для производства труб малого и среднего диамет-
ра. Для снижения сил трения применяется полувтулочное устройство,
в котором процесс изгиба происходит на полуцилиндрической непод-
вижной поверхности, а фиксация формы полученной здесь заготовки
и дофорыовка цилиндра выполняются с помощью регулируемых ро-
ликов. Полувтулочное устройство имеет те же недостатки, что и вту-
лочное. Применяются эти устройства для формовки труб диаметром
до 1020 мм. Дальнейшим развитием этого типа формовочных устройств
являются роликовые, исключающие трение скольжения и перестраи-
вающиеся на разные диаметры формуемых труб; однако они не обла-
дают достаточной жесткостью, что приводит к колебаниям зазора в
стыке кромок и качества шва.
Вапково-родиковые устройства включают со стороны входа полосы
3 валка, работающие по принципу гибочных вальцов. Гибочные валки
623
производят основную деформацию - изгиб полосы по радиусу гото-
вой трубы, поэтому далее установленные ролики выполняют поддер-
живающие функции. Валково-роликовые устройства не требуют смены
и перестраиваются при переходе на новый диаметр труб. В настоящее
время это наиболее распространенные устройства для формовки труб
диаметром до 2520 мм.
Сварка труб большого диаметра выполняется трехслойной (внут-
ренний технологический, затем наружный и внутренний рабочие швы)
или двухслойной (внутренний, затем наружный рабочие швы). Более
качественный шов, как и при производстве прямошовных труб, дает
трехлойная сварка (см. рис. 295). Такая технология сварки применяется
для труб диаметром 1020 мм и более. При производстве спиральношов-
ных труб меньшего диаметра возникают конструктивные затруднения
в размещении внутри формуемой заготовки, наряду с верхним гибоч-
ным валком, двух сварочных автоматов - для дуговой сварки тех-
нологического и второго рабочего шва. Эти автоматы крепятся сов-
местно с системами токоподвода, газо- и флюсоподачн на конце спе-
циальной штанги, вводимой внутрь трубной заготовки. Поэтому тру-
бы диаметром менее 1020 мм выполняются двухслойной сваркой.
Необходимость установки различных углов формовки а привела
к специфической особенности конструкции станов для производства
спиральношовных труб (см. рис. 297). Подготовительная линия распо-
ложена стационарно на полу цеха, как на всех других трубоэлектро-
сварочных агрегатах. Последующее оборудование: формовочное уст-
ройство, штанга с автоматами внутренней сварки, автомат наружной
сварки, выводной рольганг, летучий разрезной станок установлены
на опорно-поворотной раме. Ось поворота рамы проходит через точку
скрещивания осей полосы и трубы, выходная часть стана перемещается
по криволинейным рельсам. Наряду с механизмом установки номи-
нального угла формовки ая = arccos [b/п (d-j)] выходная сторона ста-
на оборудована люнетом для тонкого регулирования угла а в процессе
формовки (до ±0»5*) с целью компенсации серповидности полосы и
вызываемых ею колебаний зазора между кромками. После сварки
трубы разрезаются на ходу с помощью плазмотрона.
Производительность современного агрегата для производства спи-
ралъношовных труб ограничена скоростью сварки и достигает 90 тысяч
тонн в год. В цехе устанавливается несколько агрегатов. Учитывая
значительное различие производительностей при формовке и сварке,
за рубежом при производстве труб диаметром более 500 мм применя-
ют разделение потоков формовки и сварки, аналогично производству
прямошовных труб большого диаметра. В этом случае на формовоч-
ном стане производят только наложение технологического шва со
скоростью до 0,12 м/с, а далее трубы передаются на несколько свароч-
ных станов, где рабочие швы свариваются со скоростью 0,015-0,03 м/с.
624
Контрольные вопросы
1. Назовите последовательность основных технологических операций при производстве
сварных труб.
2. Какие типы исходных заготовок применяются для производств* сварных труб? Из
каких материалов изготавливаются сварные трубы?
3. Назовите способы сварки труб, области их применения. Опишите сущность сварки
давлением и плавлшием.
4. Назовите сортамент и основные операции технологичесжлго процесса непрерывной
печной сварки труб.
5. В чем заключаются отличия процессов и оборудования формовки труб в агрегатах
непрерывной печной сварки и трубоэл! ктросварочных?
б. Назовите сортамент и основные операции технологического процесса производства
прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметра.
7. Назовите основные требования к калибровке валков трубоформовсчяых станов.
8. Охарактеризуйте^ сущность и преимущества высокочастотной сварки. Каковы преи-
мущества и недостатки контактного и индукционного подвода тока при высокочастотной
9. Каковы причины образования грата из электросварных трубах’ Охарактеризуйте ме-
тоды его удаления.
10. Охарактеризуйте способ сварки постоянным током метолом сопротивления, ука-
жите его преимущества.
11. Охарактеризуйте способ газоэлектрической сварки. Почему при производства труб
из высоколегированных сталей предпочтительно использование этого способа?
12. В чш особенности применения непрерывной и импульсной сварочной дуги при га-
зоалежтрической сварки?
13. В чем сущность плазменной и микроплазмениой сварки?
14. Назовите сортамент и охарактеризуйте способы формовка листов при производства
прямошоввых труб большого диаметра.
15. Охарактеризуйте способ дуговой сварки под слоем флюеа.
16. Назовите преимущества и недостатки производства спиральношовных труб перед
прямошовными.
17. Охарактеризуйте различные типы формовочных устройств для спиральиошотшых
труб, их преимущества и недостатки.
18. В час особенности конструкции станов для производства аиралыпхповных труб?
19. Сравните скорости электросварки различными способами: высокочастотной, аргонно-
дуговой, сопротивлением, дуговой под слоем флюса при сварке прямошовных и спиральво-
шовных труб.
Часть V. производство специальных
ВИДОВ ПРОКАТА
1. Производство гнутых профилей проката
Наряду с катаными сортовыми профилями, широкое применение име-
ют гнутые профили проката. Они изготавливаются методом холодного
профилирования исходной полосовой или листовой заготовки в непре-
рывных профилегибочных станах, реже - в прессах.
Профилирование в непрерывных станах (рис. 299) заключается в по-
степенном, от клети к клети, пластическом изгибе и изменении фор-
мы поперечных сечений заготовки практически без изменения их пло-
625
40-123
йк. 299. Сэгем» профилирования в непрерывном профилвги5оча.-м стане
щади. Этот процесс является принципиально тем же, что и валковая
формовка полосы в трубную заготовку, отличаясь лишь формой полу-
чаемых профилей. Конструкции профилегибочных станов аналогичны
непрерывным трубофорыовочным. Они содержат ряд клетей с гори-
зонтальными приводными валками, калибровка которых обеспечи-
вает получение заданного профиля, и установленные между ними
нелриводиые вертикальные ролики, препятствующие упругому пру-
жинению наклонных участков профиля или осуществляющие дополни-
тельный пластический изгиб при больших углах наклона этих участков.
Профилирование в крупногабаритных прессах применяется в основ-
ном для изготовления гофрированных листов большой ширины и ог-
раниченной длины; оно отличается от профилирования в стане тем,
что деформация осуществляется одновременно по всей длине заготов-
ки и не вызывает дополнительного продольного растяжения кромок.
Гнутые профили производят из углеродистых, легированных и вы-
соколегированных сталей, цветных металлов и сплавов (алюминия,
медн, титана, цинка и др.), а также плакированные и биметалличес-
кие. Профилируют исходную горячекатаную и холоднокатаную заго-
товку толщиной 0,3-12 мм, шириной 7-2000 мм. Сортамент гнутых
профилей обширен как по форме сечения, так и числу типоразмеров
(рис. 300); ои характеризуется такими по сложности конфигурациями
сечений или такими соотношениями отдельных размеров простых про-
филей (например, относительной тонкосгенностью, относительной ши-
риной полок швеллеров и др.), которые не могут быть получены или не-
рациональны при прокатке. Как конструкционный материал гнутые
профили имеют по сравнению с сортовыми профилями следующие
преимущества: повышенную прочность и жесткость, обусловленную
возможностью оптимального распределения металла по периметру
626
Рж. ЭвО. Виды крупнот lEgpHTHbix гнутых профилей проката:
а - утолки равнобокие, неравнобокие, с подогнутыми полками; б - швеллеры равнопо-
лочные и веравнопопочные; о — зетовые профили; г — коробчатые профили; д - С-обраэ-
ные (полузамкнутые) профили обычные и с гофрами иа основании; е - замкнутые профи-
пл квадратные и прямоугольные (обычные и сварные - со сваренными кромками); ж —
корытные профили равнополочные, иеравнополочные, конусные; з - гофрированные
листы с трапециевидными и круглыми гофрами
профиля и, следовательно, повышенными характеристиками сечений -
моментом инерции, моментом сопротивления; повышенные прочност-
ные характеристики металла, обусловленные наклепом в процессе
профилирования в холодном состоянии; более высокую технологич-
ность при монтаже конструкций, связанную, в частности, с равнотол-
щинностыо профиля, которая позволяет свизить объем механической
обработки, сварки и клепки соединений. Указанные преимущества
в условиях взаимозаменяемости катаных сортовых и гнутых профи-
лей и при использовании последних обеспечивают снижение массы
конструкций и экономию 6-30 % металла.
Профилегибочные станы классифицируются по размерам используе-
мых заготовок (станы легкого, среднего и тяжелого типа) и по режиму
работы (станы поштучного и непрерывного профилирования). Тип ста-
на определяется минимальным и максимальным значениями толщины
s и ширины b полосы или листа. Станы легкого типа используют полосы
s X b = (0,3 * 4) X (7 + 45U) мм, среднего типа - (0,3 * 8) X (50 + 800) мм,
тяжелого типа - (0,3 + 12) X (300 ♦ 2000) мм. Обычно станы легкого
типа, реже - среднего типа устанавливаются на машиностроительных
предприятиях. Для массового производства крупногабаритных сталь-
ных гнутых профилей используются станы среднего и тяжелого типов,
устанавливаемые на металлургических заводах. Характерные типо-
размеры этих станов: 2-8X100-600, 1-4X400-1500, 0,6-3X600-2000
(14-, 20- и 17-клетевой станы поштучного профилирования), 1-4X50-300
(17-клетевой стан непрерывного профилирования).
627
Профилегибочные станы входят в состав агрегатов, иа которых в
потоке производятся операция подготовки заготовки к профилиро-
ванию, собственно профилирования и отделки профилей. Состав обо-
рудования агрегатов зависит от режима их работы и вида заготовки.
При поштучном профилирования и использовании рулонной полосы
подготовительнав линия, например, агрегата 1-4X400-1500, вклю-
чает: приемное устройство, разматыватель, правильную машину, ста-
ционарные ножницы для поперечной резки рулона на листы длиной
6-12 м, группу тянущих роликов, создающих небольшую петлю, ле-
тучие ножницы для резки листов длиной 1,5-6 м, ускоренный роль-
ганг, промасливающую машину. На агрегате 2-8 х 1 ОТ-600 стационарные
ножницы не установлены, а летучие ножницы могут выполнять резку
на длины 3-12 м. На агрегатах поштучного профилирования мерных
листов установка правильной машины и ножниц не производится.
Выходная сторона станов оборудуется устройствами для удаления
эмульсии, осмотра, промасповки и пакетирования профилей.
Агрегаты непрерывного профилирования в значительной мере ана-
логичны трубоэлектросварочным со станами валковой формовки. 0х
подготовительная линия включает стационарные ножницы для пред-
варительной обрезки концов рулонов, стыкосварочную машину со
встроенными ножницами и гратоснимателем, петлеобраэователь; на
выходной стороне стана установлены летучие ножницы для резки
открытых профилей и летучая пила для резки закрытых профилей.
Агрегаты, в сортамент которых входят замкнутые профили, дополни-
тельно могут быть оснащены оборудованием для сварки кромок
(шовнаправляющиен клетью, высокочастотным индуктором, ферро-
магнитным сердечником, шовсжимающей клетью, наружным гратосни-
мателем, правильно-калибрующей клетью), обеспечивающим произ-
водство сварных замкнутых профилей.
Скорость профилирования на современных станах составляет 0,5—
3 м/с. Производительность крупных агрегатов составляет IOT-
ЗОО тыс. т в год. Расходный коэффициент металла на них - 1,01-1,02
(меньше при непрерывном профилировании); удельный расход электро-
энергии - 50-60 МДж/т.
Объем производства гнутых профилей в разных странах достигает
3-5 % от выпуска листовой продукции.
2. Производство колес и колец
Технологические процессы изготовления железнодорожных колес
и крупногабаритных колец различного назначения в основном одно-
типны. Они базируются на операциях осадки, штамповки и прокатки,
628
осуществляемых на последовательно установленных гидравлических
прессах разных усилим и колесо(кольце)прокатном стане.
Колеса для железнодорожных вагонов и локомотивов произво-
дятся диаметром от 850 до 1250 мм. Вагонные колеса, составляющие
основную часть продукции колесопрокатных цехов, выпускаются
отечественной промышленностью диаметром 950 мм, массой 385 кг
из среднеуглеродистой стали (0,50-0,65% С, 0,50-0,90% Мп, 0,20-
0,42% Si, менее 0,25 % Сг, Ni, Си каждого). Исходным материалом для
их изготовления являются слитки сифонной разливки с многогранной
(волнистой) боковой поверхностью массой 3,5-4,2 т. Поступившие в
цех слитки проходит деление на 6-7 единичных заготовок массой
около 480 кг, отделение прибыльного и донного отходов. Это осущест-
вляется путем глубокой надрезки слитков на многорезцовых слитко-
разрезных станках и ломки с помощью клина на прессе-слитколома-
теле. Длина заготовок составляет 250-350 мм в зависимости от распо-
ложения их по высоте конусного слитка; надрезка производится рез-
цом шириной 20 мм до диаметра перемычки 100-160 мм, который оп-
ределяется усилием пресса-слитколомателя (2-5 МН). После осмотра,
сортировки, ремонта поверхности и обрезки косых шеек пневмати-
ческими зубилами или газокислородными резаками заготовки посту-
пают на прессопрокатную линию. Здесь выполняют предварительный,
а затем окончательный нагрев заготовок до температуры 1230-1260 *С
в двух последовательно установленных кольцевых печах, гидросбив
окалины водой давлением 15-20 МПа и следующие операция обработки
давлением (рис. 301):
на прессе 20 МН - предварительная осадка на гладких плитах (при
этом происходит дополнительное удаление окалины с боковой по-
верхности заготовки);
на прессе 50 МН: I операция (I ход пресса) - осадка на гладких пли-
тах в плавающем калибровочном кольце (после этого кольцо цент-
рируется и устанавливается дополнительный пуансон), П операция
(II ход) - осадка пуансоном (разгонка) центральной части заготовки,
находящейся в кольце, с целью распределения объемов металла между
центральной и периферийной зонами таким образом, чтобы при после-
дующей штамповке ступица колеса была сформирована при требуемой
толщине диска;
на прессе 100 МН - штамповка колесной заготовки в верхнем и
нижнем штампах и формовочном кольце с приданием окончательной
формы ступице и прилегающей к ней части диска, частичная прошивка
ступицы верхней и нижней оправками с сохранением перемычки;
в колесопрокатном стане (рис. 302) - придание окончательной фор-
мы ободу и прилегающей к нему части диска. Прокатка включает три
этапа: 1 - обжатие обода начальными конусами наклонных валков
629
Рж. 301. Форма заготовки на различных стадиях процесса изготовления цельного железно-
дорожного колеса:
исходная заготовка; И - после свободной осадки на прессе 28 МН; Ш, IV - после осадки
и разгонки в кольце на прессе 50 МН; V - после штамповки на прессе 100 МН; VI - после
прокатки в колесопрокатном стане; VII, VIII — после выгибки и окончательной прошивки
в прессе 35 МН; 1 - ступица; 2 - диск; 3 - обод; 4 - гребень; 5 - поверхность катания
Ржл342. Схеды прокатки в колесопрокатном (о) и кольцепрокзтном (б) станах:
1 - прокатываемое колесо; 2, 3 - приводкой и неприводной коренные валки; 4 - каретка
перемещения коренных валков; 5, 6 - наклонные приводные валки (верхний — регули-
руемый, нижний - стационарный в вертикальном направлении); 7, 8, 9 - конечный, сред-
ний и начальный конусы наклоных валков; 10 - нажимные неприводные валки, регули-
руемые в горизонтальном направлении; 11 - система регулирования положения нажим-
ных валков, обеспечивающая выравнивание усилий на них; 12 - приводной стационар-
ный валок (главный); 13 - внутренний неприводной валок (дорн), регулируемый в гори-
зонтальном направлении (спускаемый при задаче в стан заготовки кольца); 14 - накидная
дополнительная опора; 15, 16 - приводные наклонные валки (верхний - регулируемый,
нижний - стационарный в вертикальном направлении); 17 - каретка горизонтального
перемещения наклонных валков; 18 - прокатываемое кольцо
630
при зафиксированных нажимных и коренных валках, при этом наклон-
Ч«ные валки формируют боковые поверхности обода, нажимные валки -
поверхность катания с гребнем, коренные - поддерживают заготовку
и в меньшей мере формируют поверхность катания; П этап (показан
на рисунке) - раскатка обола по диаметру, осуществляемая средними
конусами наклонных валков в процессе подвода нажимных валков и
зафиксированном верхнем наклонном валке, при этом коренные вал-
ки отводятся синхронно с ростом диаметра заготовки, поддерживают
ее, но обжатия не производят; 1П этап - полировка обола и уменьше-
ние возможного его эксцентриситета относительно ступицы за счет ма-
лых обжатий при закрытых клапанах гидроцилиндров перемещения
нажимных и коренных валков;
на прессе 35 МН: 1 операция (ход главного гидроцидиндра) - вы-
гибка диска и калибрование размеров обола с помощью выгибных
штампов, в результате которого происходит также дальнейшее сни-
жение эксцентриситета обола относительно ступицы; П операция (ход
прошивного цилиндра усилием 5 МН) - срез перемычки в централь-
ном отверстии колеса.
Черновые горячедеформированные колеса, имеющие после всех
операций обработки давлением температуру 900-950 *С, проходит
клеймение, противофлокенную обработку, заключающуюся в удале-
нии водорода из стали (охлаждение до 400-450*С с целью гарантиро-
ванного прохождения привращения y-Fe-* a-Fe, награв ло 600-670*0
в туннельной конвейерной печи и изотермическая выдержка в ней
при этой температуре не менее 4,5 ч, охлаждение в стопах), термичес-
кое упрочнение (нагрев в кольцевой печи, прерывистая закалка с
помощью водяных спрейеров, отпуск), механическую обработку (об-
точку поверхности катания, гребня, торцов обода, центрального от-
верстия в ступице), ударные и другие испытания, контроль размеров,
осмотр и при необходимости ремонт, окончательную приемку. Произ-
водительность современных агрегатов для производства колес -
650 тыс. штук в год (250 тыс. т/год).
Кольца различного назначения - для крупногабаритных подшипни-
ков качения, бандажей для составных железнодорожных колес и др. -
изготавливаются по технологии обработки давлением, близкой к ко-
лесной. Используются литые, кованые или катаные заготовки, прохо-
дящие при необходимости предварительную обточку наружной по-
верхности. Нагретые заготовки подвергаются осадке, прошивке сквоз-
ного отверстия, при получении некоторых изделий - дополнитель-
ной штамповке, после чего производится их прокатка на кольцепро-
катном стане. Стан в значительной мере аналогичен по устройству
колесопрокатному, отличаясь наличием внутреннего валка (рис. 302, б).
На станах различного типоразмера прокатываются кольца диаметром
631
100-3800 мм. В отдельных случаях операция раскатки колец приме-
няется как чистовая; она проводится в холодном состоянии, что поз-
воляет получать кольца повышенной точности, прочности, с высоким
качеством и чистотой поверхности.
3. Продольная прокатка периодических профилей
Профили, имеющие переменное поперечное сечение по длине, могут
быть получены путем прокатки, штамповки, сварки, литья или реза-
ния. В наибольшей степени механизированному и автоматизирован-
ному массовому производству отвечает прокатка, обеспечивающая
высокую производительность при минимальных технологических
отходах металла (в виде обрези, облоя, стружки). Прокаткой получают
как готовые профили-изделия, так и заготовки для последующей штам-
повки, близкие по форме и размерам к готовым изделиям, что снижает
число переходов и расход дорогостоящего инструмента при штамповке.
Использование таких профилей позволяет получить экономию металла
до 20 % и более.
Способы изготовления профилей переменного сечения продольной
прокаткой показаны на рис. 303. Первый способ, осуществляемый в
валках с постоянным по периметру радиусом R, но с регулируемым
(переменным) расстоянием между осями валков А (т), позволяет про-
катывать профили с плавным изменением размеров по длине. Клино-
видносгь профиля tg ф = u/v зависит от скорости изменения расстоя-
ния между валками и и скорости прокатки V. Этот способ применяется,
Гж. ЗВ. Способы продольной прокатки профилей переменного сечения:
в — в круглых валках при переменном межосевом расстоянии; б — периодическая прокат-
ка в валках с переменным радиусом при нерегулируемом межосевом расстоянии (вдка-
мва крагиоеть по окружности валка к - 2; /—ГУ - соответствующие участки валка и поло-
сы; Г и Ш - участки с постоянным обжатнат, II я IV — участки с убыванием и нар&стапием
обжатия; 1^ — длина одного первом; 1 — ось валка; 2 — бандаж; 3 — бурт); е - вальцовка
632
например, для прокатки листов переменной толщины; заданный закон
изменения толщины реализуется по длине листа, как правило, один
раз, т.е. такой лист представляет собой однократный профиль.
Второй способ, осуществляемый в валках с переменным по пери-
метру радиусом R (0) и нерегулируемым в процессе прокатки (при-
мерно постоянным) межосевым расстоянием А, позволяет получать
плавные и резкие переходы размеров, что определяется калибровкой
валков. Длина получаемого профиля и диаметр (периметр) валка при
этом способа имеют строгую взаимозависимость, так как за один
оборот валка должен быть прокатан 1 профиль полной длины или,
при малой длине, целое число m профилей. При кратности к = 1 ...т
по окружности валка и числу оборотов валка п за время прокатки
данной полосы на ее длине уложится кп кратностей (периодов) про-
филя; в этом случае прокатанную полосу называют периодическим
профилем, а процесс его получения - периодической прокаткой. Пе-
риодическая прокатка выполняется обычно за одни проход в послед-
ней (чистовой) клети сортопрокатного стана. Все предыдущие клети
производит обычную продольную прокатку заготовки с постоянным
по длине поперечным сечением, которое в наибольшей мере прибли-
жено к поперечным сечениям периодического профиля.
Третий способ изготовления профилей переменного сечения - де-
формация в ковочных вальцах (вальцовка). Она осуществляется в вал-
ках с закрепленными на них деформирующими калибрами в виде
бандажей или секторов с переменным радиусом R (9) при нерегулируе-
мом межосевом расстоянии А. Вальцовка является по существу про-
цессом прокатки, который, однако, имеет некоторые отличия от опи-
санного способа прокатки в валках с переменным радиусом в стане
обычной конструкции. Валкам ковочных вальцов сообщают прерывис-
тое вращение с остановками в момент выхода на линию центров хо-
лостой части валков. В этот момент зазор между валками превышает
высоту заготовки; задача заготовки в валки производится в направ-
лении, обратном направлению прокатки. При последующем вращении
валки с центральным углом рабочей части 180-270* обжимают металл
и выдают его в сторону вальцовщика (по характеру движения металла
и валков процесс вальцовки аналогичен пилигримовой прокатке труб).
Вальцовкой получают профили ограниченной длины, которая опре-
деляется диаметром валков в рабочей части, составляющим обычно
200-500 мм. Преимуществом вальцовки является не вызывающая
затруднений возможность осуществления ее в несколько пропусков
в многоручьевых валках, что позволяет максимально приблизить
форму профиля к готовой детали. Вальцы используются преимущест-
венно перед штамповочными прессами в машиностроения, в то время
как станы для получения массовых периодических профилей проката -
в металлургии.
Пк. 304. Односторонний и двусторонний периодические профили:
а - зубчтя рейка - односторонний профиль постоянной ширины Вез уса; б - винтовая
арматура - двусторонний несовпадающий профиль Вез ум с постоянным нормированным
смещением контуров
Периодические профили проката классифицируют по нескольким
признакам: по форме - односторонние (рис. 304, а) и двусторонние
(рис. 2, 304, б), двусторонние с совпадающим (рис. 2, б) и несовпадаю-
щим (рис. 2, а; 304, б) верхним и нижним контуром; по сложности- прос-
тые (с постоянной шириной; с отношением площадей поперечного се-
чения профиля Fmax/Fniin < 2) и сложные (с переменной шириной;
с > 2); по технологическим признакам - прокатанные в
открытых или закрытых калибрах (соответственно с усами местными,
по всей длине или без них) и др. Различные признаки могут быть
взаимосвязаны, а в некоторых случаях их выполнение может зави-
сеть от конструкции главной линии стана. Например, прокатка с уса-
ми позволяет увеличить коэффициент вытяжки до 3,4-3,8 без нару-
шения условий захвата металла валками (в то время как при прокатке
без усов он не превышает 2,1-2,3), что позволяет получить более слож-
ные профили. Однако при необходимости получения готового профи-
ля без усов их последующая обрезка приводит к повышению отходов
металла. Односторонний профиль, а также двусторонний с ненормиро-
ванным относительным расположением нижних и верхних контуров
(арматурные профили, кроме винтовых, и другие профили, допускаю-
щие смещение нижнего и верхнего контуров) могут быть прокатаны на
любом прокатном стане. Двусторонние профили с закономерным распо-
ложением верхнего и нижнего контуров (с совпадением контуров, вин-
товая арматура и другие с нормированным смещением контуров) могут
быть прокатаны только на специальных станах, в приводе валков чисто-
вых клетей которых имеются устройства для угловой синхронизации
валков - регулировочные муфты с бесступенчато проворачиваемыми
друг относительно друга полумуфтами, а также механизмы относитель-
ного перемещения в пространстве валков шестеренной клети.
Получение заданного профиля проката обеспечивается правильно
рассчитанным диаметром и калибровкой валков. Расчет усложнен
634
Рж. 305. Измените мгновенного опережения S, усилия прокатки Р и упругой деформации
клети 8 по длине одного периода и калибровка валка (с двумя кратностями по окруж-
ности):
1 — калиброванный бандаж: 2—бурт; 3 - ось валка; НИ - направление прокатки
тем, что периодическая прокатка, в отличие от обычной, является
процессом нестационарным, при котором происходят регулярные из-
менения обжатия, приводящие, в свою очередь, к изменению геомет-
рических параметров очага деформации, опережения, уширения, уси-
лия прокатки. Участкам профиля h с постоянными Л/ или изменяющи-
мися hfmax размерами (рис. 305) должны соответствовать участ-
ки окружности валка, имеющие определенный центральный угол
9/, постоянные Я/ или переменные Я/min — K/min радиусы и длину дуги
L/. Наличие опережения приводит к зависимости дифференциалов длин
dL = d]/(i + S), при этом полные длины соответствующих участков вал-
ка составляют
Li - J dl/(l + S) = l//(l + Sep) - (1 + atf) /И|-/(1 + Sep), (382)
где S и Sep - мгновенное опережение и среднеингегральное значение
опережения на участке //; /н,-- номинальная длина участка в холодном
состоянии; at~ коэффициент линейного расширения, t* - температура
прокатки профиля.
Сумма длин участков SL/ при кратности профиля к по периметру*
валка определяет условный катающий радиус валка = kEL(/2n и
радиус начальной окружности валка 7?н.о * ^клг + 0,5&ср, где =
» S Л/д, /j/Е Ц - средняя высота профиля.
Найденный радиус валка 7?н.о позволяет определить все значения
635
Ri и 0/ по участкам: на участках с постоянным радиусом Ri = RM -
- 0,5 hK(, на участках с переменным радиусом (при профилировании
переходного участка по дуге окружности) R^ = ^Rfmax^imin» =
=LilRi. Здесь hKi - высота калибра, определяемая как
= (1 + М‘)*я< - bi, (383)
hR. - номинальная (или с учетом отклонения в пределах допусков)
высота участка профиля в холодном состоянии, б, = PitM* - упругая
деформации ("пружина”) рабочей клети, Pf - усилие прокатки, Мк -
модуль жесткости клети. Приближенное определение R^o приводит
в некоторых случаях к невыполнению условия Е 0; = 2и/к, что требует
корректировки расчета.
Прокатанные периодические профили подвергаются правке (на
правильных машинах, прессах, в штампах, растяжением), обрезке
усов (в штампах, дисковыми ножницами), разрезке на мерные длины
или периоды (на ножницах, пилах). Эти операции в зависимости от
вида и размера профилей производятся в различной последователь-
ности, выборочно, а также в горячем или холодном состоянии.
Винтовое движение заготовки, складывающееся из вращения отно-
сительно оси прокатки и перемещения вдоль нее, обусловливает воз-
можность получения винтовой прокаткой только тел вращения. Пе-
риодическая винтовая прокатка позволяет изготавливать сплошные
профили круглого поперечного сечения с переменяны диаметром по
длине., полые профили с переменными по длине наружным диаметром
и толщиной стенки, а также профили с винтовой поверхностью. Эти
профили получают двумя способами, разработанными во ВНИИмет-
маше: прокаткой в круглых валках с регулируемым (переменным) рас-
стоянием между осями валков; прокаткой в валках с винтовыми ка-
либрами.
Первый способ осуществляется в трехвалковых ставах специальной
конструкции (рис. 306), включающих высокоскоростное гидравличес-
кое нажимное устройство, механизм натяжения прокатываемой заго-
товки и систему программного управления нажимным устройством.
Требуемая форма профили образуется путем соответствующего све-
дения и разведения валков. Программа перемещения валков задается
копировальной линейкой (возможно также управление с помощью
ЭВМ). Валки перемещаются синхронно относительно оси прокатки бла-
годаря подаче жидкости в одноименные полости гидроцилиндров
нажимных устройств от общего следящего клапана, а также предназ-
636
a
Mac. Ж Схема деформации заготовок диековымп (в) а адяическмми (б) валками в трвх-
волковом яаие к^иогоявекой винтовой провдткж
1 - ласковый валок; 2 - прокатываемый профиль; 3 - подушка валка; 4 — гидроцилиндр
зажимного устройства; 5 - автоматический зажим; 5 — гидроцилиндр натяжепия; 7 — ко-
пировальная линейка; в - следящий ролик; 9 - следящий золотниковый клапан; lit -
кронштейн (идя другое устройство) обратной свяаи; 11 - рычаг управпеякя клапаном;
12 - пружинный гвдроаккумупягер; 13 - насос; 14 - магистрали высокого давления;
15 - сливная магистраль; 16-б*к; 17- конический валок
каченным для синхронизации механическим рычажным системам.
Положение золотника клапана, непосредственно влияющее на работу
гидроцилиндров, зависит от положения ролика, катящегося по копи-
ровальной линейке, и обратной связи с положением валков. Замена
копировальной линейки соответственно меняет форму прокатывае-
мого профиля, что создает важное преимущество трехвалковых ста-
нов - возможность получения различных профилей на одних и тех же
валках.
Рабочая клеть стана включает дисковые валки, развернутые относи-
тельно оси прокатки на угол подачн =3-6*, или конические валки,
развернутые на такой же угол подачн и дополнительно - на угол рас-
катки ₽, составляющий в действующих конструкциях 45*. Различное
расположение валков в пространстве создает и некоторые технологи-
ческие отличия. Консольные конические валки могут быть выполнены
с меньшими средними диаметрами; кроме того, их диаметр по ходу
прокатки убывает и выходной калибр образуется меньшими основа-
ниями. Это обеспечивает: возможность прокатки профилей малых диа-
метров (исходя из соотношения De/dmin = 6,5, см. рис. 255); уменьше-
ние тангенциального скольжения на контактной поверхности металла
с валками, скручивания заготовки, момента прокатки; возможность
достижения обжатий по диаметру Ad/ds = 50 + 60 % (d</dmin = 2 * 2,5),
637
в то время как на дисковых валках - 40 % (dj/dmin = Ь?). Рациональный
угол входного конуса ф очага деформации на конических валках 20’,
на дисковых 30-35’; соответственно на дисковых валках длина кон-
такта меньше, что снижает усилия на них. При прокатке с нарастанием
обжатия угол клиновидное™ профили фк определяется пераметрами
нажимного устройства и достигаемым усилием прокатки. На валках
обоих типов при внедрении валков Фн < 45°. При прокатке с убыва-
нием обжатия угол фу не может быть больше ф, так как при отведении
валков с большой скоростью произойдет отрыв валков от металла.
Поэтому на конических валках Фу 20’, на дисковых < 30 + 35°. Дис-
ковые валки, таким образом, позволяют получать профили с более
резкими переходами; кроме того, применение двухпорных валков
позволяет существенно упростить конструкцию рабочей клети. У казан-
ное обусловливает применение конических валков в ставах малых
типоразмеров, дисковых - в более тяжелонагружеиных станах боль-
ших типоразмеров.
Переднее натяжение в процессе прокатки выполняет несколько
функций. Основное назначение натяжения заключается в изменении
напряженно-деформированного состояния в осевой зоне заготовки с
цепью исключения центрального разрушения. Механизм образования
центрального разрушения при винтовой прокатке сплошных загото-
вок рассмотрен ранее (см. часть IV, раздел "Прошивка заготовок”).
Переход от двухвалковой схемы деформации в прошивных стаяах,
характеризующейся критическим обжатием Екр 10-16%, к трехвал-
ковой в станах винтовой периодической прокатки с екр < 30-40% ре-
шает задачу лишь частично. Натяжение способствует увеличению осе-
вого течения и снижению тангенциальной деформации металла, умень-
шая тем самым развитие растягивающих напряжений и величину на-
копленной деформации сдвига в центральной эоне. Сочетание трех-
валковой схемы деформации и натяжения позволяет максимально
увеличить Екр и достичь обжатий диаметра до 50-60 %. Удельное на-
тяжение онат должно находиться в пределах 0,2 от < оИат < 0,8 от, пос-
кольку оно эффективно выше 0,2 оТ1 а более 0,8 от возможно растя-
жение тонких участков профиля, нарушение их продольных размеров
после выхода из очага деформации или обрыв.
Для создания натяжения необходимо сообщить автоматическому за-
жиму скорость vlt превышающую скорость выхода металла из вал-
ков при свободном процессе винтовой прокатки v = (лОвn/60) sin а Л0.
Скорость зажима Vi соответствует скорости прокатки при действии
натяжения. Чем больше разность Д v = Vj - v, тем выше коэффициент
пластического натяжения z = он81/1,15 от. Для поддержания его в пре-
делах 0,2-0,8 применяют регулирование скорости vx, связывая гидро-
цилиндр натяжения с копиром. Так как в любом случае vx > v, натя-
638
жение увеличивает скорость прокатки за счет роста коэффициента осе-
вой скорости л 0.
Вторая важная функция натяжения - улучшение условий осевого
захвата заготовок и создание тем самым возможности осуществления
прокатки на валках с углами входного конуса ф = 20-35’, на которых
свободный захват неосуществим. Применение таких углов, как отме-
чено выше, позволяет получать резкие переходы диаметра, снижает
нагрузки, но, главное, сокращает длину очага деформации и допол-
нительно снижает вероятность центрального разрушения. Началу про-
цесса с натяжением предшествует проталкивание заготовки через
разведенные валки до зажима механизма натяжения либо прокатка
переднего конца заготовки с задним подпором; во втором случае об-
резь - захваченный зажимом конец заготовки - получается меньшего
диаметра, что сокращает расходный коэффициент металла.
Копировальная линейка движется совместно с зажимом со ско-
ростью, равной скорости прокатки профиля. Это позволяет получать
точные длины участков профили (в отличие от продольной периоди-
ческой прокатки, где получаемые длины зависят от опережения). Вы-
сотные размеры линейки необходимо рассчитывать в соответствии с
обжатием заготовки по радиусу, дополнительно учитывая упругую
деформацию клети. При построении контура линейки длины участков
и высотные размеры должны выбираться с учетом температурного
расширения металла.
Для производства круглых периодических профилей различного
сортамента ВНИИметмашем разработаны следующие типоразмеры
трехвалковых станов, характеризующиеся максимальными диаметра-
ми исходных заготовок: 10, 20, 50, 70, 80, 100, 120, 220. Станы малых
типоразмеров работают в машиностроении, 120 и 220 - в металлургии.
Стан 220 предназначен для прокатки сплошных и полых железнодо-
рожных вагонных и локомотивных осей. Сплошные оси после нагрева
заготовок в кольцевой печи прокатываются за один проход на стане
220. Полые оси получают прошивкой заготовок в вертикальном гидрав-
лическом прессе 14 МН, раскаткой в трехвалковом стане-элонгаторе,
прокаткой на длинной цилиндрической оправке на стане 220, где полу-
чается переменная толщина стенки при постоянном внутреннем диа-
метре, а затем обжатием по диаметру концевых участков (шеек оси)
в стане винтовой прокатки.
Описанные станы предназначены для прокатки сравнительно длин-
ных периодических профилей круглого поперечного сечения, имеющих
по длине раската, как правило, несколько кратностей (при производст-
ве осей - одну). Короткие тела вращения (шары, сплошные и полые
цилиндрические заготовки для последующей штамповки или резания)
и изделия с винтовой поверхностью (длинные винты, ребристые тру-
бы) прокатывают в валках с винтовыми калибрами.
639
Лк. 307. Винтовая периодическая прокатка в валках с винтовыми калибрами:
в-в двухвалковом стаде; б - в трехвалковом ставе; 1 - валки; 2 — направляющие линей-
ки; 3 - исходная заготовка; 4 - заготовка шара подшипника; S — оправка; б - кольцевая
заготовка
Станы, включающие валки с винтовыми калибрами, выполняются
по двух- или трехвалковой схеме (рис. 307). Выбор схемы диктуется
видом изделия. При прокатке сплошных тел - шаров, цилиндрических
сплошных заготовок, требующих полного отделения друг от друга в
процессе деформации, используются двухвалковые станы, в кото-
рых обеспечивается максимально возможное сближение реборд винто-
вого калибра. При прокатке полых изделий с разделением или профиль-
ных прутков, не требующих разделения, используются трехвалковые
станы, в которых сближение валков ограничено, но предпочтительность
применения определяется двумя факторами: меньшей вероятностью
образования центрального разрушения в сплошной заготовке; отсутст-
вием направляющих линеек для удержания заготовки на оси прокатки.
Шаропрокатные двухвалковые станы предназначены для получения
заготовок шаров подшипников качения диаметром 25- 50 мм из высо-
коуглеродистых сталей типа ШХ15 и мелющих шаров для мельниц
диаметром 25-125 мм из среднеуглеродистых сталей. Различные тре-
бования к шарам этих типов предопределяют различия технологи-
ческих процессов их производства и калибровок валков. Шары под-
шипников прокатываются из калиброванных прутков. Их нагревают
в высокочастотном индукторе с электрическим термостатом на выходе.
Температура нагрева 850 ’С (±20’) ограничена сверху возможностью об-
разования центрального разрушения металла, снизу - повышенным
износом валков. Такой нагрев обеспечивает почти полное отсутствие
окалины и обезуглероженного слоя металла. Прокатка ведется так,
чтобы перемычки между шарами сохранялись (не закатывались) до
640
выхода из очага деформации. Затем производится ускоренное охлаж-
дение, скорость которого выбирается из условия предотвращения
выпадения карбидной сетки, галтовка (предварительная шлифовка)
шаров во вращающихся барабанах, где удаляются перемычки, отжиг,
шлифовка и окончательная термообработка шаров. Мелющие шары
прокатываются из горячекатаных круглых заготовок обычной точности.
Нагрев осуществляется в газовых печах до более высоких темпера-
тур - 950-1050 'С, что снижает износ валков. Прокатка ведется со
срезом перемычек и вдавливанием их остатков в тело шара. Прокатан-
ные шары закаливаются с прокатного нагрева, а извлечение их из
охлаждающих устройств при температуре 200- 300 *С приводит к само-
отпуску.
Прокатка шаров из заготовок разного уровня точности, а также с
сохранением или удалением перемычки в очаге деформация требует
применения различных калибровок валков. Винтовой калибр для про-
катки шарон подшипников (рис. 307) содержит два участка - формую-
щий и отделочный. На формующем участке осуществляются захват
заготовки и ее постепенное обжатие в шар, соединенный перемычкой с
остальной частью заготовки. Формовка производится ребордами, имею-
щими непрерывно нарастающую высоту, в соответствии с которой
изменяется диаметр перемычки. Металл, смещаемый из перемычек в
шар, приводит к радиальной деформация и увеличению диаметра
шара по сравнению с диаметром заготовки. В связи с этим диаметр
заготовки принимается на 1-2 мм меньше диаметра шара. При несоот-
ветствии смещенного объема перемычки (У,) и возможного приращения
объема шара (У2) происходит невыполнение формы шара (Ух < У2) или
его овалмзация (Vt > У2). Тангенциальная раскатка овального шара
приводит к образованию центрального разрушения, поэтому недопус-
тима. С целью предотвращения ее образования ширина реборды и шаг
нарезки винтового калибре на формующем участке деляются перемен-
ными (нарастающими). Корректировка заполнения калибре может
производиться также регулированием угла подачи валков а, величи-
на которого на шаропрокатных станах составляет 2- 4е. Протяженность
калибре (число витков) измеряют в градусах развертки винтовой ли-
нии калибра. При общей протяженности калибре 900-1350* формующий
участок занимает 360-540*. На отделочном участке при прокатке ша-
ров подшипников осуществляется только калибровка шара. Этот учас-
ток имеет постоянный шаг и профиль нарезки, соответствующий про-
филю прокатываемого шара, а также постоянный угол подъема нарез-
ки равный углу подачн валков а. За один оборот валков прокаты-
вается один шар.
При прокатке мелющих шаров валок отличается наличием калибрую-
щего участка, выравнивающего диаметры заготовок перед формовкой.
641
41-123
и удлиненным отделочным участком (до 81D”). Небольшое осевое сме-
щение валков приводит к разрыву перемычки в начале отделочного
участка, а затем - вращению шара относительно оси, перпендикуляр-
ной оси прокатки, срезу перемычек ребордами и закатке полюсных
выступов. Для повышения производительности стала наряду с одно-
доходными применяют двух- и трехзаходные винтовые калибры, что
позволяет получать 2-3 шара за один оборот валков. Средняя про-
изводительность станов составляет 1-6 шаров в секунду, до 50-
60 млн. шт/год (10-150 тыс. т/год).
Премии шеров, цилиндрических сплошных и кольцевых заготовок и других анало-
гичных изделий, перерезаемых ребордами валков перпиадикулярно оси заготовки или
кмасщих профиль е кольцевыми впадинами и выступами (с утлом подъема этих элемен-
тов профиля относительно поперечного сечения аагиовки 6 - 0), возможна при условии,
что валки е нарезанным па яих винтовым калибром с углом подъема б в раздернуты на
угол подачи в = 8 в, а при положении валков в стане, показанном па рисунке, винтовая
нарезка является правой. Справедливость этого условия подтверждается схемой яз
рис. 308, в, яз которой видно, что из контакте с металлом нарезка валка (на рисунке ста
часть нарезки показана пунктиром) перпендикулярна оси заготовки, т.е. 8 - 0. Отступле-
ние от указанного условия приводит к получению профиля с винтовой поверхностью,
у которого 8*0. Здесь возможны два варианта (рис. 308, б, в): 1) используются емки с
кольцевым калибром (бв = 0), при этом 6 3 а; 2) используются валки с винтовым калиб-
ром 8 в * 0 е левой нарезкой, при этом 8 - а + 8 в. В обоих случаях валки включают фор-
мующий (с ф = 2-S*) и отделочный участки (рис. 308, г), прокатка возможна как в горя-
чем, так и холодном состоянии. Один комплект валков с кольцевыми калибрами позво-
ляет прокатывать профили, в частности, резьбу с одинаковым шагом на заготовках раз-
Ьк. 308. Схема прокатки профилей в валках с винтовыми (а, в) и кольцевым (б) калибра-
ми л продольный разрез очага деформации (г) при прокатка по схеме б или е:
1 - валок; 2 - исходная заготовка; J - прокатанный профиль; I и П - формующий и от-
делочный участки
642
вето диаметра, компенсируя изменение угла подъема резьбы в - arete (врЬр/ndgp) соот-
ветствующей корректировкой утла подачи a (dg, - средний диаметр резьбы, хр - число
заходов). Однако прокатке резьб с крупным шагом с 5 > 6-7* невозможна из-за конструк-
тивных ограничеяпй действующих станов (а С 6—Т). Такую возможность создан валки
с винтовыми калибрами, поскольку прокатка яз яих производится при а ” 8 — б в < 8,
тл. меньших, чем яз валках с кольцевыми калибрами. Деформация при меяыпях угйах
подачи создает, соответственно, меньшие частные обжатия (за полуоборот заготовки в
двухвалковом стане, 1/3 оборота - в трехвалковом) и позволяет получать резьбу более
высокой точности.
5. Поперечная прокатка профилей
S Поперечная прокатка осуществляется в валках, оси которых лежат в одной плоскости
е осыо прокатываемого тепа (в большинстве случаев параллельны ей) и направление вра-
щения которых одинаково. Этот процесс используется при холодной накатке мелких резьб,
обкатке цилиндрических поверхностей, холодной прокатке шариков в игл диаметром
1—6 мм для ппппптникдя. широко распространен при горячей прокатке зубьев шестерен
и звездочек цепных передач.
Современные зубопрокстные стены производят накатку цилиндрических шестерен с
Рж. ЗИ. Способы прокатки шестерен:
а - штучная прокатка с радиальной подачей валков (0 - исходное положение валков;
1 - положение в конце прокатки); б - поточная прокатка с осевой подачей заготовок;
1 - делительные шестерня; 2 - шпиндель; 3 — зубчатый валок; 4 - заготовка; S - центри-
рующие зажимы; 6 — прокатанная шестерня; 7 - зубчатый валок; 8 - делительная шестер-
ня; 5 - нагревательный индуктор; 10 - деформируемая заготовка и стопка подаваемых
заготовок
643
<1*
модулем 1,5-8 мм диаметром да 500 мм и конических шестерен. Изготавливаются гото-
вые шестерня пояяжетнсй точности и шестерни-заготовки для чистовой холодной обкат-
ки или механической обработки. Производство шестерен пластической деформацией,
наряду со снижением трудоемкости, повышением производительности и экономией ме-
талла ло сравнению с резанием, обеспечивает также повышение эксплуатационных ха-
рактеристик зубчатых передач, так как в процессе деформации волокна металла на пере-
резаются, а изгибаются по конфигурации зуба, металл приобретает повышенную прочность
и твердость.
Для получении цилиндрических шестерен применяются два способа прокатки (рис. 309):
с радиальной подачей валкое, с осевой подачей заготовки при постоянном межоееввм
расстояния валков. В обоих случаях лагрев заготовок, осуществляемый токами высокой
частоты, только поверхностный — на глубину 2-3 модулей со стороны накатки зубьев,
да температуры 1100-1150 ’С. Формирование зубьев происходит в процессе обжатия заго-
товки зубчатыми валками и вытеснения металла из впадин в головку зуба, при этом диа-
метр исходной заготовки примерно равен диаметру начальной окружности прокатываемой
Первый способ деформации предусматривая штучную обработку заготовок. Для точ-
ного деления поверхности заготовки на заданное число зубьев стан имеет специальный ме-
ханизм с делительными шестернями, синхронизирующими вращение валков и заготовки.
Процесс состоит из двух стадий - формирования зубъев при сближении вращающихся вал-
ков к калибрования их при наличии только вращения валков после достижения заданного
межосевого расстояния. Этот способ позволяет получать шестерни с прямым, косым и
шевронным зубом, многовенцовые шестерни я валы-шестерни.
Второй способ производительнее первого, по позволяя получать только обычные шес-
терни с прямым и косым зубом. Заготовка в виде прутка яда стопка отдельных заготовок-
дисков подается в валки с торца, где для облегчения захвата выполнен входной конус
со срезанными зубьями. На входном конусе проиходит формирование зубьев, на части
валка с полными зубьями — калибрование. Делительная шестерня, установленная из верх-
нем центре поддерживающего заготовку суппорта, в начале процесса располагается между
валками. По мере осевой подачи заготовки делительная шестерня выходит из зацепления
с валками, а синхронизацию вращения осуществляет прокатанная часть заготовки. При
прокатка прутка он подвергается деформации по всей длине с последующей разрезкой вне
стана на отдельные шестерни. Скорость осевой подачи заготовки из современных станах
составляет 6-8 мм/с.
6. Поиеречно-клинопая прокатка профилей
Поперечно-клиновая прокатка предназначена для изготовления сту-
пенчатых валов и других аналогичных им профилей круглого попе-
речного сечения, имеющих по длине участки цилиндрической, кони-
ческой или сферической формы. Станы, осуществляющие поперечно-
клиновую прокатку, характеризуются максимальным диаметром
d и длиной / прокатываемого профиля; их типоразмеры охватывают
диапазон dX I от 12 X 150 до 130 X 600 ым. Процесс прокатки произво-
дится с помощью плоского инструмента, валков или валково-сегмент-
ного инструмента. Каждый из пары деформирующих инструментов
имеет на плоской или цилиндрической поверхности одинаково спро-
филированные клинообразные элементы (деформируюбщие клинья),
расположенные вершинами друг к другу. Перемещаясь встречно в
процессе прокатки, деформирующие клинья производят обжатие за-
644
Ъс.310. Схема поперечно-клиновой прокатки плоским инструментом (прямой метод):
1, 2 - подвижный и неподвижный инструменты с центральным двусторонним (симметрич-
ным) клином; 3 - исходная заготовка; 4 - деформируемая заготовка; 5 — прокатанный
профиль; 6,7- устройства для загрузки и выгрузки профиля
готовки по диаметру. Поперечно-клииовая прокатка позволяет полу-
чать сплошные и полые профили, представляющие собой готовые
изделия или заготовки для штамповки. Процесс осуществляется,
как правило, в горячем состоянии.
Схема поперечно-клиновой прокатки плоским инструментом показана на рис. 310,
где изображен вариант процесса с неподвижной нижней плитой, расположенной горизон-
тально, и возвратно-поступательным движением верхней плиты, параллельной нижней
(различные конструкции ста1вов с плоским инструментом работают е обоими или одним
подвижным инструментом, движение которого может осуществляться в горизонтальной
или вертикальной плоскости). На поверхности каждого из клиновых инструментов можно
выделить следующие характерные участки, соответствующие определенным стадиям пре
цесса: I - зихойный участок, предназначенный для плавного внедрения деформирую егс
клина в заготовку, которая пол воздействием пары сил со стороны клиньев начинает ре-
шаться; II - деформирующий участок, на котором производится основное формоизмв лив
заготовки, характеризующийся тремя геометрическими параметрами клина - углом
заострения о, утлом наклона боковой грани <р и высотой определяющими режим
деформации: на этом же участке производится калибрование обжатой центральной части
заготовки путем обкатки ее горизонтальной калибрующей поверхностью клиньев; Ш -
калибрующий участок с постоянным сечение* клиньев по длине, где докалибровываютея
концевые части профиля; если изделие на требует обрезки концов для разделения пополам,
то калибрующий участок является одновременно правильным; IV - участок выхода е
обратным наклоном рабочей поверхности для плавного выхода прокатываемого профиля
из контакта с инструментом. При получении профиля с обжатыми концевыми частями
требуется их обрезка, так как на торцах образуются воронкообразные углубления; кроме
того, при спаренной прокатке несимметричных профилей требуется их последующее раз-
деление. Эти операции выполняются непосредственно в процессе прокатки путем прямене-
645
йх. ML Плоскоклжвовый инструмент для осущесявления различных методов поперечяо-
ялиювсй прскатки - прямого (в), обратвого (б), прямого, обратного иля комбинирован-
вого с последов стельным ркполокениа< клиньев (в), пвралдвпъного (г):
1 — раздельные односторонние клинья е наружными наклонными гранями; 2 - отрезные
клинья; 3 — готовый профиль; 4 - обрезь; 5 - раздельные односторонние клинья с внут-
ренними наклонными гранями; 6 - центральные клинья; 7 — последовательно располо-
женные клинья второй ступени; 8 — разделительный клин; 9 - “гаралигльпо” располо-
женные клинья второй ступени
яия инструменп с дополнительными отрезными и разпвлятельлыми клиньями - ножами
(рже. 311). В этом случае по длине инструменп после калибрующего участка (Ш) располо-
жены последовательно участки отрезной (IV), правильный (V), разделикмный (VI) я
выхода (VII).
В зависимости от соотношения максимального диаметра профиля и диаметра
•исходной заготовки da могут применяться прямой или обратный метод прокатки. Прямой
метод (рис. 310; 311, а) характеризуется выполнением наклонных боковых граней с наруж-
ных сторон клиньев и постепенным расхождением этих граней от оси инструмента в про-
цессе прокатки. Это обусловливает продвижение локсльямх тегов деформации, лежащих
вад наклонными гранями, от середины заготовки к ее торгам. Заготовка обжимается
по диаметру и увеличивается по длине, причем участки, расположенные между вяклоя-
ними гранями клиньев, подвергнуты растяжежнв. В связи е указанным прямой метод
может быть использован для получевня профилей, максимальный диаметр которых равен
или меньше диаметра заготовки.
Напряженно-деформированное состояние металла, скоростные условия (скорость враг
щепия и тангенциальное всольжекве металла относительно инструмента), силовые парамет-
ры процесса и свойства прокатываемого профиля зависят <я углов заострения я и наклона
боковых граней ф. Угол а аналогичен углу подачи при винтовой прокатке: при заданной
скорости ая к тп верхнего и нижнего инструментов он определяет скорость продвижения
локального очага деформации 03 (»в + Tg) tg а вдаль оси заготовки. При заданной длине
участка профиля угол сг определяя также длину соотввтствуютцсто участка инструменп
ii " он существенно влияет на усилие прокатки Р “ R + Т (N - нормальное усилие,
Т - сила трения), которое увеличивается с ростом а. Угол ф аиалогичи углу входного
646
прокатки - условия вращения (а) и условия разрыва прокатанной части заготовки (С)
конуса очага деформации при винтовой прокатке. С увеличением его сокращается длине
локального очага деформации и уменьшается усилие прокатки, хотя осевая составляющая
Рх возрастает, вызывая рост продольных напряжений в прокатанной части заготовки.
Оптимальное сочетание углов а и ф кнволяет повысить устойчивость процесса и дос-
тичь максимально возможных деформаций по диаметру. Устойчивость прямого процесса
поперечно-клиновой прокатки определяется двумя условиями (рис. 312): 1) условиа< вра-
щепия заготовки, которое соблюдается, если Му > Мр где Му и 4гу т — момент сил вра-
щения заготовки, создаваемый в основном силами трения т- Мг = 4pzc - момент сил
сопротивления вращении, создаваемый в основном нормальными сипами N; 2) условием
отсутствия продольаой деформации и разрыва прокатанной части заготовки под действием
осевых сил Рх, которое соблюдается, если 2РХ < (nd?/4) о,. В большинстве случаев про-
цесс ограничивается условием вращения, поэтому для повышения его устойчивости при-
меняют поперечную насечку боковых граней, увеличивая коэффициент трения. Осевые
силы, аналогичные внешнему осевому натяжению при винтовой периодической прокатке,
снижают вероятность центрального разрушения металла и играют до определенных зяаче=
пяй положительную роль. При повышении обжатий (увеличении уменьшении dx)
па насеченных клиньях действие осевых сил усугубляется, что может привести к наруше-
нию второго условия. При рациональных значениях а, составляющих 3-10*, обрыв воз-
можен при tp > 30°. Применяемые значения ф двжм в области 20=45°; углы а я <р в указан-
ных диапазонах связаны обратной зависимостью. Достигаемые обжатия при прокатке сплош-
ных профилей составляют 30-40 % (d.4/dmjn - 1,5 * 1,6). При прокатке труб они зависят
от коэффициента товкостеяноств d/г, повышение которого ведет к росту овалмзацяи труб,
что ускоряет нарушение условия вращения.
Обратный метод прокатки (рис. 311, б) характеризуется выполнением наклонных бо-
ковых граней е внутренних сторон клиньев и постепенным продвижением локальных оча-
гов деформации друг к другу. Это приводит к уменьшению осевой вытяжки заготовки,
преимущественному смещению металла в зону между клиньями. При малых а за ечет
"набора* металла достигается получение участков профиля между клиньями, диаметр
которых может в 2 раза превышая, диаметр заготовки. Устойчивость обратной поперечно-
клиновой прокатки также определяется двумя условиями: условием вращения заготовки,
аналогичным прямому методу прокатки, и условием продольной устойчивости участке
заготовки между клиньями под действием осевых сжимавших сил.
При изготовлении сложных профилей клинья, обрабатывающие различные участки про-
филя, устанавливаются последовательно (рис. 311, е); это значительно увеличивает длину
инструмента. Для устранения этого недостатка используется метод прокатки (рис. 311, г),
при котором более удаленные от оси инструмент» клинья устанавливаются рядом с цент-
ральными и под определенным углом о,01 к ним, с помощью чего учитывается осевое №
чикле металла из-под центральных клиньев. Параллельная прокатке уменьшает потреб-
ную длину инструмента в 2-3 раза.
647
te.313. Вадковая (в) и вапково-гегметиая (б) схемы понвречнжжЕзвей прокатки:
1 ~ млек; 2 — деформируишрй гшие; 3 = отрезные клинья; 4 — прокатываемый профиль;
' ~ мг бгйыи°пруток; S — устройство для пеитрнрсвения и пигоэоя задачи заготовки;
7 - направляющие линейки (проищи); g - станина вапково-сегмеишого стали; 5 - во-
ВДдаизаий ебгмешшяй клиновый инструмент; 10, 11 — устройства дня задачи заготовки
и выгрузки прокатанного профиля
Расажяревный механизм деформпви металла с применением плоского инструмента к
калибровка инструмента принципиально яз изменяются при использовании валкового
или омково-еегментного инструмента. Различив имеют только конструкции собственно
инструмента и ставов (рис. 313). Плоский инструмент наиболее прост в изготовлении, что
допускай получение широкого сортамента профилей яз станах е его ипопьзовавнеы.
Однако из-за наличия обратного хода ии станы имеют пониженную производительность,
а возможность прокатывать только штучные заготовки увеличивает иэ-sa концевой обре-
яз расход металла. Валковый и сегментный инструмент сложнее в изготовлении, однако
станы е таким инструментам и непрерывным вращением валков значительно Болте про-
изводительны. Кроме того, валковый стан, благодаря установленным в нем линейкам,
имеет стационарное положение оси деформируемой заготовки, что дает возможность про-
кагывать профиля из прутка, сокращая расход металла, а также профили со значительной
асимметрией. Валковые станы целесообразны при узком сортаменте.
Размеры инструмента прямо связаны с диаметром и длиной прока-
тываемого профиля. Рабочая ширина плоского инструмента (или дли-
на валка) равна длине штучного или спаренного профили. На длине
плоского инструмента (периметре валка) должны быть размещены
все указанные выше участки (заходиый, деформирующий и т.д.), дли-
на которых зависит, в свою очередь, от диаметра профиля. В связи с
этим сортамент станов поперечно-клиновой прокатки, по сравнению
со станами винтовой прокатки, из-за ограничения размеров инструмен-
та ограничен также относительно меньшими диаметрами и длинами
профилей. Существенными преимуществами же их являются высокая
производительность, высокая точность размеров и чистота поверхности
изделий, возможность изготовления ступенчатых профилей с резкими
переходами диаметров. Производительность различных станов в за-
648
висимости от их типоразмера и вида инструмента составляет 100—
3000 шт/ч.
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте сортамент гнутых профилей проката. Назовите преимуществе гну-
тых профилей перед авЕивд-ичяыми сортовыми катаными профилями.
2. Назовите состав оборудования агрегатов для поштучного ж непрерывного профили-
рования.
3. Опишите технологический процесс производства копне и состав оборудования колесо-
прокатного агрегата.
4. Разъясните устройство и работу колесопрокатного стане, кольцепрлкатного стана.
3. Охарактеризуйте способ продольной прокатки профилей в валках с переменным
межосевым расстоянием.
6. Охарактеризуйте способ продольной прокатки профилей в валках с переметим ра-
диусом. Чем отличаются способы деформации в валках прокатного стана (прокатки) и в
ковочных вальцах (вальцовки)?
7. Назовите основные этапы расчета калибровки валков с переменным радиусом для
продольной прокатки периодического профиля.
8. Опишите конструкция и работу трехвалкового стане винтовой периодической про-
катки.
9. Объясните функции натяжения в трехвалкоаых стадах. Какова ргдиог лш : вели-
чина удельного натяжения? Для чего используется подпор заготовки в начале процесса
прокатки?
18. Назовите основные технологические операции при производства сплошных и полых
железнодорожных осей.
И. В каких случаях при прокатке коротких теп вращения необходимо использовать
двухвалковые станы, трехвапковые станы?
12. Чем обусловлено применение двух- и трехзахолпых винтовых калибров?
13. Как взаимосвязаны вад профиля и угол подъема винтового калибра?
14. Назовите и охарактеризуйте способы прокатки шестерен.
15. Укажите принципиальные особенности поперечно-клиповой прокатки.
16. Опишите калибровку клинового ияструмкта.
17. Охарактеризуйте методы поперечно-клиповой прокатки.
18, Назовите и разъясните условия устойчивой поперечно-клиповой прокатки.
19. Назовите области применения плоскоклиновых и валковых станов поперечно-кли-
новой прокатки.
БИБЛИОГРАШЧЕСЖНЙ СПИСОК
Бочков Н.Г. Производство качественного металла из современных сортовых стадах. -
М.: Металлургия, 1988. - 312 с.
Бровная МЛ, Зыиченок БЛ}., Гериев АЛ. Усовершенствование технологии прокатки
толстых листов. - Мц Металлургия, 1969. - 256 с.
Василев ЯЛ, Сафьян М.М. Производство полосовой и листовой стаял Учебник для
вузов. - Киев: Пища школа, Головное издательство, 1976. - 192 е.
Вердеревский ВЛ, ГлейБерг А.З., Никитин А.С. Трубопрокатные станы. - Mj Мстап-
пургяя, 1983. - 240 е.
Гнутые профиля проката: Справочник/И.С. ТришевекиС, В.В. Ленпиикий, ИМ. Ворон-
цов и др.; Под ред. И.С Тришевского- - М.: Металлургия, 1980. - 352 с.
649
Данилов Ф.А„ Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка я прессование труб. -
Н изд., пврераб. и доп. - М.: Металлургия, 1972. - 576 с.
Диомидов В.Б., Литовченко Н.В. Технология прокатного производстве Учебное посо-
бие для вузов. - М.: Металлургия, 1979. - 488 с.
Коновалов Ю.В., Налчл ГЛ, Савранский К.Н. Справочник прокатчика. - М.: Металлу-
лургия, 1977. - 312 с.
Клименко В.М., Онишенко А.М., Минаев А.А., Горелик В.С. Технология прокатного
производства; Учебное пособие для вузов. - Клев: Вищв школа, Головное издательство,
1989.-311 е.
Клушин В.А., Макушок Е.М., Щукин В.Я. Соверптевствоваяие поперечно-клиновой
прокатки; Под ред, В.В. Клубовиче. — Минек: Наука я техника, 1980. - 280 е.
Литовченко Н.В. Станы и технология прокатки листовой стали. - М.: Металлургия,
1979.-267 с.
Литовченко И.В. Калибровка профилей и прокатных валков. - М.: Металлургия, 1990. -
432 с.
Ментилы к агрегаты для обработки цветных металлов в сплавов: Учебное пособие для
вузов/В.С. Паршин, В.П. Костров, В.С. Сомов и др. - М.: Металлургия, 1988. - Ш е.
Матвеев Ю.М., Боткин Я.Л. Калибровка инструмента трубных станов. - 2-е изд., пврераб.
и доп. - М.: Металлургия, 1970. - 480 е.
Обработка цветных металлов и сплавов: Справочник/A.Л. Смирягин, И.З. Днестровский,
А.Д Лвндихов и др. - М.: Мяаллургиздя, 1961. - 872 с.
Периодические профиля продольной прокатки (оборудование и технология)///.^. Во-
ронцов, В. Т. Жадан, П.Ф. Грииук и др. - М.: Металлургия, 1978. - 232 с.
Потапов И.Н., Полухин ПЛ. Новая технология винтовой прокатки: Учебное пособие
для вузов. - М.: Металлургия, 1975. - 344 с.
Повышение точности листового прокат а/Я.М. Меерович, АЛ. Герцев, В.С. Горелик,
Э.Я. Классен. - М.: Металлургия, 1969. -264 с.
Прокатное производство: Учебник для вузов. - 3-е нзти/ПЛ. Полухин, Н.М. федоеов,
А.А. Королев, Ю.М. Матвеев. — М.: Металлургия. 1982. — 696 с.
производство железнодорожных колес/Г.А. Бибик, А,М. Иоффе, А.В, Праздников,
МЛ. Староеелецкий. - М.: Металлургия, 1982. — 232 с.
Рокотян В,С., Рокотян С.Б. ЭнергоснМвые параметры обжимных и листовых станов. -
М.: Металлургия, 1968. — 272 е.
Рымое В.А., Полухин ПЛ., Потапов И.Н, Совершенствование производства сварных
труб. - М.: Металлургия, 1983. - 312 с.
Современный цех холодной прокатки углеродистых яалей/ИЛ Фронцених, ЮЛ. Же-
лезнов, Л.А. Кузнецов, В.Г. Камышев. - М.: Металлургия, 1984. - 154 с.
Сортовые профили проката: Справсчнхх/вл. Лемпицкий, И.П. Шулаев, И.С. Тришевс-
кий и др. - М.: Металлургия. 1981. - 624 с.
Степанов АЛ., Зильбере Ю.В., Неуструев А.А. Производство листа из расплава. - М.:
Металлургия, 1970. -160 с.
Смирнов ВЛ., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков: Учебное
пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1987. - 368 е.
Специальные прокатные станы/А.Я. Целиков, М.В. Барбврич, М.В. Васильчиков и др.;
Под ред. А.И. Целикова. - М.: Металлургия, 1971, - 336 с.
Стальные и чугунные трубы: Справочяик/В.Я. Стрижак, В.В. Шепанекий, В.П. Соку
ренко и др. - М.: Металлургия, 1982. - 360 с.
Тарнавский И.Я., Смирнов ВЛ., Коиаръ СЛ. Продольная прокатка профилей перемен-
ного сечения. - Свердовае Мстаплургиздат, 1962. - 367 с.
Технология процессов прокатки и волочения. Листопрокатное производство: Учебник
для вуэов/М.М. Сафьян, В.П. Мазур, А.М. Сафьян, АЛ. Молчанов. — Клев: Вища школа,
Головное издательство, 1988. - 351 с.
Технология процессов обработки металлов давлениал/П.Л. Полухин, А.Хензель,
В.П. Полухин и др. - М.: Металлургия, 1988. - 408 с.
650
Литовский Б.Г. Справочник прокатчика (пособие по сортопрокатному производству). -
Мд Металлургия, 1972, - 304 с.
Целиков АЛ., Зюзин ВЛ. Современное развитие прокатных станов, - Мд Металлургия,
1972.-399 с.
Целиков АЛ. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. - Мд Ме-
таллургия, 1979. -144 е.
Чехмврее АЛ, Калужекий ВЛ. Гнутые профиля проката. - Мд Металлургия, 1974, -
264 е.
Чекмарев АЛ, Мупев М.С., Мтиковце» Р.А. Калибровка прокатных валков: Учебное
пособие для вузов. - М.: Металлургия, 1971. - 512 с.
Шеввким Ю.Ф., Глейвере АЛ. Производство труб: Учебное пособие для вузов. - Мд
Металлургия, 1968. - 440 е.
Иефтёла ИЛ. Технология производства проката. - М.: Металлургия, 1976. - $16 с.
651
Грудев А. П.
Машкин Л.Ф.
Ханин М.И.
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Редактор издательства Т.А. Дьяконова
Художественный редактор С.К. Девин
Технический редактор Л. С. Гладкова
Фотоофсет. Подписано к печати 29.12.93,
Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Уел. пел. л. 40.18. Усл. кр. отг. 40.18. Уч.-изд. л. 42.99.
Тираж 2 500 экз. Заказ № 123
Издательство «АРТ-БИЗНЕС-ЦЕНТР»
103055. Москва, ул. Новослободская, 51/65
Лицензия № 060920 « 30.09.92 г.
Издательство «МЕТАЛЛУРГИЯ*
119857. ГСП. Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., д. 14
Лицензия № 010157 от 4.01.92 г.
Можайский полиграфкомбинат Министерства печати
и информации Российской Федерации.
143200. Можайск, ул. Мира, 93
Рецензент: докт. техн, наук В.И.Погоржельский, кафедра пластической обработки
металлов Санкт-Петербургского государственного технического университета
Технология прокатного производства: Учебник для вузоя/Грудев А.П., Ыаш-
кинЛ.Ф., ХанииМ. И — М.: Металлургия, 1994, с. 656
Изложены основы современной технологии производства сортового и листового про-
ката, труб и специальных профилей на стали и цветных металлов. Рассмотрена рацио-
нальная калибровка и проф иировка прокатных валов, Приведены методики расчета
режимов деформации. Уделено внимание вопросам повышения качества продукции и
снижения расходных коэффициентов. Приведены сведения по совмещению процессов
прокатки с процессами разливки и кристаллизации металлов.
Учебник предназначен для студентов вузов, изучающих прокатное производство, а
также может быть полезен инженерно-техническим работникам прокатных цехов, завод’
ских лабораторий, научно-исследовательских, конструкторских и проектных организа-
ций.
Ил. 313. Табл. 57. Библиогр. список: 39 назв.