Машиностроение и механика. Горячекатаная круглая сталь

1,06

1,05

1,04

1,03

1,02

1,01

0 1,0 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 h / b

Рисунок 1.5 – График зависимости устойчивости полосы при прокатке на гладкой бочке в зависимости h / b и ε

1) описать технологию изготовления блюмов; последовательность операций; характерные параметры.

2) зарисовать эскизы: блюмов, моделей слитков, боковых граней, перекосов сечений и др.

Контрольные вопросы

1 Что входит в основную задачу технологического процесса прокатного производства?

2 Что представляет собой технологическая схема производства проката?

3 Что такое полупродукт прокатного производства?

4 Какие Вы знаете технологические схемы производства полупродукта и готового проката?

5 Какие технологические схемы производства проката можно организовать применением процессов непрерывнолитых заготовок?

6 Что такое калибровка валков, калибр и гладкая бочка валков?

7 Что такое максимальное обжатие и его влияние при прокатке?

8 Что такое угол захвата валков и его влияние при прокатке?

9 При каких условиях проводят кантовку полосы?

10 Как находят уширение и вытяжку прокатываемой полосы?

11 Что такое устойчивость полосы и каким показателем характеризуется?

Лабораторная работа № 2. Изучение методик калибровки валков для прокатки простых сортовых профилей

2.1 Цель работы

Ознакомиться с системами калибров для получения круглого и квадратного профиля, освоение методик расчетов основных параметров калибровки.

2.2 Основные теоретические сведения

Калибровка представляет собой порядок прокатки последо­вательного ряда переходных сечений прокатываемых про­филей. Расчеты калибровки осуществляют по двум схемам: по ходу прокатки (от заготовки до конечного профиля) и про­тив хода прокатки (от конечного профиля к заготовке). По обеим схемам для расчета и распределения коэффициентов деформации по пропускам необходимо знать размеры исходной заготовки.

Прокатка сортовых профилей начинается в вытяжных калибрах, т. е. попарно связанных между собой калибрах, предназначенных для вытяжки металла. Применяют разные схемы обжимных и вытяжных калибров, например, ящичные, ромб-квадрат, ромб-ромб, овал-квадрат и т. д. (рисунок 2.1).

Из всех обжимных (вытяжных) калибров наиболее распро­страненной является схема ящичных калибров. Часто встре­чается схема гладкая бочка - ящичный калибр.

а) – ящичные; б) – ромб – квадрат; в) – ромб – ромб; г) – овал – квадрат

Рисунок 2.1 – Схемы вытяжных калибров

При прокатке средне - и мелкосортной стали широко ис­пользуют схему калибров ромб-квадрат. Схему геометрически подобных калибров ромб–ромб, при которой после каждого пропуска раскат кантуют на 90°, применяют довольно редко. Прокатка по этой схеме менее устойчива, чем в схеме ромб–квадрат. Ее, главным обра­зом, используют для прокатки качественных сталей, когда производятся небольшие обжатия по условиям пластической деформации с вытяжкой до 1,3.

Вытяжная схема калибров овал–квадрат является одной из наиболее распространенных и применяемых на средне-, мелкосортных и проволочных станах. Ее преимуществом перед другими схемами является систематическое обновление углов раската, что способствует получению одинаковой температу­ры по его сечению. Раскат ведет себя устойчиво при про­катке в овальном и квадратном калибрах. Система характе­ризуется большими вытяжками, но их распределение в каждой паре калибров всегда неравномерно. В овальном калибре вытяжка больше, чем в квадратном. Большие вытяжки дают возможность уменьшить количество проходов, т. е. повысить экономическую эффективность процесса.

Рассмотрим калибровку валков для некоторых простых и фасонных профилей массового производства, например, прокаткой получают круглые профили диаметром от 5 до 250 мм и больше.

Прокатка круглых профилей выполняется по различным схемам в зависимости от диаметра профиля, типа стана, прокатываемого металла. Общим для всех схем прокатки яв­ляется наличие предчистового овального калибра. Перед за­дачей полосы в чистовой калибр ее кантуют на 90°.

Обычно форма предчистового калибра – правильный овал с отношением длин осей 1,4÷1,8. Форма чистового калибра зависит от диаметра прокатываемого круга. При прокатке круга диаметром до 30 мм образующая чистового калибра представляет правильную окружность, при прокатке круга большего диаметра горизонтальный размер калибра берут на 1-2 % больше вертикального, так как их температурная усадка неодинакова. Коэффициент вытяжки в чистовом калибре принимают равным 1,075÷1,20. Круглые профили прокаты­вают только в проводках за один проход в последнем – чис­товом калибре.

Широко распространена так называемая универсальная схема прокатки круглой полосы по системе квадрат–ступень­ка–ребро–овал–круг (рисунок 2.2). При прокатке по данной схеме можно в широких пределах регулировать размеры поло­сы, выходящей из ребрового калибра. В одних и тех же вал­ках можно прокатывать круглые профили нескольких разме­ров, меняя только чистовой калибр. Кроме того, применение универсальной схемы прокатки обеспечивает хорошее удале­ние окалины с полосы.

1 – квадрат; 2- ступенька; 3 – ребро; 4 – овал; 5 – круг

Рисунок 2.2 – Схема прокатки профилей круглого сечения

При прокатке круглого профиля сравнительно небольших размеров часто применяют схему калибров квад­рат–овал–круг. Сторона предчистового квадрата, сущест­венно влияющего на получение хорошего круглого профиля, принимается для профилей небольших размеров равной диа­метру d , а для профилей средних и крупных размеров 1,1 d .

При расчете калибровки валков непрерывных станов осо­бенно важно определить катающие диаметры. Это позволяет вести процесс прокатки без образования петли или чрезмер­ного натяжения полосы между клетями.

В прямоугольных калибрах катающий диаметр принимают равным диаметру валков по дну калибра. В ромбических и квадратных – переменный: максимальный у разъема калибра и минимальный в вершине калибра. Окружные скорости различ­ных точек этих калибров неодинаковы. Полоса выходит из калибра с некоторой средней скоростью, которая соответст­вует катающему диаметру, приближенно определяемому по средней приведенной высоте калибра

font-size:14.0pt">В этом случае катающий диаметр

font-size:14.0pt">Где D – расстояние между осями валков при прокатке.

Наиболее прост расчет калибровки для станов с индиви­дуальным приводом валков. В этом случае определяют общий коэффициент вытяжки

, (10 )

где Fo ~ площадь поперечного сечения исходной заготовки;

Fn – площадь поперечного сечения прокатанного профиля.

Затем с учетом соотношения распреде­ляют вытяжку по клетям. Определив, катающий диаметр валков чистовой клети и приняв необходимую частоту вращения вал­ков этой клети, вычисляют константу калибровки:

font-size:14.0pt">где F 1 ... Fn – площади поперечного сечения полосы в клетях

1, ..., n ; v 1 ,... vn – скорости прокатки в этих клетях.

Катающий диаметр валков при прокатке в ящичном калибре

EN-US" style="font-size:14.0pt">2 )

где k - высота калибра.

При прокатке в квадратных калибрах

font-size:14.0pt"> (13 )

где h - сторона квадрата.

После этого по вытяжкам определяют размеры промежуточ­ных квадратов, а потом промежуточных прямоугольников. Зная константу калибровки С , определяют частоту вращения валков в каждой клети

n = С / FD1 (14 )

Квадратные профили прокатываются со стороной от 5 до 250 мм. Профиль может иметь острые или закругленные углы. Обычно квадратный профиль со стороной до 100 мм получают с незакругленными углами, а со стороной свыше 100 мм - с закругленными углами (радиус закругления не превышает 0,15 стороны квадрата). Наиболее распространена система прокатки квадрат-ромб-квадрат (Рисунок 2.3). По этой схеме прокатка, в каждом последующем калибре ведется с кантовкой на 90°. После кантовки раската, вышедшего из ромбического калибра, большая его диагональ будет вертикальной, поэто­му полоса будет стремиться опрокинуться.

Рисунок 2.3 – Схема прокатки полосы квадратного сечения.

При построении чистового квадратного калибра размеры его определяют с учетом минусового допуска и усадки при охлаждении. Если обозначить сторону чистового профиля в холодном состоянии а1, а минусовой допуск - ∆а и принять коэффициент температурного расширения равным 1,012÷1,015, то сторона чистового квадратного калибра

font-size:14.0pt">где а – стороны квадратного профиля в горячем состоянии.

При прокатке крупных квадратных профилей температура углов заготовки всегда ниже температуры граней, поэтому углы квадрата получаются не прямыми. Чтобы устранить это, углы при вершине квадратного калибра делают большими 90° (обычно 90°30"). При таком угле высота (вертикальная ди­агональ) чистового калибра h = 1,41а, а ширина (горизон­тальная диагональ) b = 1,42а. Запас на уширение для квадра­тов со стороной до 20 мм принимается равным 1,5÷2 мм, а для квадратов со стороной более 20 мм 2 ÷ 4 мм. Вытяжка в чистовом квадратном калибре принимается равной 1,1÷1,15.

При производстве квадратного профиля с острыми углами существенно важна форма предчистового ромбического калиб­ра, особенно при прокатке квадратов со стороной до 30 мм. Обычная форма ромбов не обеспечивает получение квадратов с углами правильной формы по линии разъема валков. Для устранения этого недостатка применяют предчистовые ромби­ческие калибры, вершина которых имеет прямой угол. Расчет калибровки квадратного профиля начинают с чистового ка­либра, а затем определяют размеры промежуточных вытяжных калибров.

2.3 Методики расчетов параметров калибровки простых профилей

2.3.1 Прокатка круглого профиля с диаметром d = 16 мм

В расчетах ориентироваться на данные рисунка 2.4 (раздела 2.4).

1 Определить площадь чистового профиля

qкр1 = πd2 / 4, мм2 (16)

2 Выбрать коэффициент вытяжки в чистовом калибре µкр и общий коэффициент вытяжки в круглом и овальном калибрах µкр ов в пределах µкр = 1,08 ÷ 1,11, µкр ов = 1,27 ÷ 1,30.

3 Определить площадь предчистового овала

qов2 = qкр1· µкр, мм2 (17)

4 Ориентировочно принять уширение овальной полосы в круглом калибре ∆b1 ~ (1,0 ÷ 1,2).

5 Размеры предчистового овала h2 = d - ∆b1, мм

b2 = 3q2/(2h2 +s2);

где глубина вреза в валках (Рисунок 2,4) составляет hвр2 = 6,2 мм. Следовательно, зазор между валками должен быть равен s2 = h2 – 2 · 6,2 , мм.

6 Определить площадь предчистового квадрата (3 – ий калибр)

q3 = qкр · µкр ов, мм2 отсюда сторона квадрата с3 = √1,03 · q3 , мм,

а высота калибра h3 = 1,41 с3 – 0,82 r, мм (r = 2.5 мм), далее по Рисунку 2.4 определяем глубину вреза 3 – го калибра в валки hвр3 = 9,35 мм, следовательно, зазор в 3 – ем калибре s3 = h3 – 2 · hвр3 , мм.

∆b2 = 0,4 √ (с3 – hов ср)Rкс · (с3 – hов ср) / с3 , мм/ (18)

где hов ср = q2 / b2 ; Rкс = 0,5 (D – hов ср) ; D – диаметр стана (100÷150 мм).

Проверить заполнение предчистового овального калибра. В случае переполнения следует принять меньший коэффициент вытяжки и уменьшит размер предчистового квадрата.

8 Проверить общую вытяжку между заготовкой со стороной С0 и квадратом с3 и распределить ее между овальным и квадратным калибрами:

µ = µ4 ов · µ3 кв = С02 / с32 (19)

Эту общую вытяжку распределяем между овальным и квадратным калибрами таким образом, чтобы вытяжка в овальном калибре была больше, чем в квадратном:

µ4 = 1 + 1,5 (µ3 – 1); µ3 = (0,5 + √0,25 + 6µ) / 3 (20)

9 Определяем площадь овала

q4 = q3 · µ3 , мм2 (21)

Высоту овала h4 определяем с таким расчетом, чтобы при прокатке его в квадратном калибре было место на уширение тогда:

H4 = 1,41 с3 – s3 – ∆b3 , мм (22)

Величину уширения ∆b3 можно определить по графикам, приведенным в учебном пособии , «Калибровка прокатных валков», 1971 г.

Диаметр лабораторного стана мал, поэтому следует уменьшать уширение, пользуясь экстраполяцией.

B 4 = 3 q 4 / (2 h 4 – s 4 ), мм (23)

где s 4 = h 4 – 2 h вр 4 , мм; h вр 4 = 7,05 мм.

10 Определяем уширение в 4 – ом овальном калибре (как в пп7)

font-weight:normal"> ∆b4 = 0,4 √ (С0 – h4 ов ср)Rкс · (С0 – h4 ов ср) / С0 , мм (24)

Проверяем заполнение 4 – го овального калибра. Результаты сводим в таблицу 2.1, где выясняется, что 4 – ый овальный калибр необходим для 1 – го прохода квадратной заготовки со стороной С0, т. е. выше мы начали расчет с последнего 4 – го прохода (конечного или требуемого сечения профиля), осуществляемого в 1 – ом калибре валков.

2.3.2 Прокатка квадратного профиля со стороной с = 14 мм

В расчетах также ориентируемся на данные рисунка 2.4 (раздела 2.4).

1 Определить площадь чистового (конечного) профиля

Q1 = с12 , мм2 (25)

2 Выбрать коэффициент вытяжки в чистовом квадратном калибре и общий коэффициент вытяжки в квадратном и предчистовом ромбическом калибрах, т. е. µкв = 1,08 ÷ 1,11; µкв · µр = 1,25 ÷ 1,27.

3 Определить площадь предчистового ромба

Q2 = q1 · µкв, мм2 (26)

4 Ориентировочно принять уширение ромбической полосы в квадратном калибре равной ∆b1 = 1,0 ÷ 1,5

5 Определить размеры предчистового ромба

H2 = 1,41с – ∆b1 , мм b2 = 2 q2 / h2 , мм. (27)

Глубина вреза в валках для этого калибра по рисунку 2.1 hвр2 = 7,8 мм, следовательно, зазор s2 = h2 – 2 hвр2 , мм.

6 Определяем площадь предчистового квадрата

h3 = qкв · µкв р, мм2 откуда сторона квадрата с3 = √1,03 · q3

2.4 Необходимое оборудование, инструменты и материалы

Работа проводится на лабораторном стане, имеющий калибровку валков как, например, приведенные на рисунке 2.4. В качестве заготовок, как для круглого, так и для квадратного прокатываемого профиля применяют заготовки с квадратным сечением. В принципе данная лабораторная работа расчетного характера и заканчивается заполнением таблиц 2.1 и 2.2.

Рисунок 2.4 – Калибровка валков для круглого и квадратного профиля

Таблица 2.1 – Калибровка круглого профиля ø 16 мм

Vinogradov Aleks, head of a chair, candidate of technical science, associate professor

Марина Анатольевна Тимофеева, candidate of technical science, associate professor

Cherepovets State University, Russia

Championship participant: the National Research Analytics Championship - "Russia " ;

Предложена новая методика анализа систем калибровок валков сортовых станов. В качестве критериев предложено использовать коэффициенты неравномерности и эффективности, определяющие степень проработки структуры при прокатке сортовых профилей. На примере систем калибровки для производства круглого профиля диаметром 28 мм проанализированы возможные схемы деформации, а также преимущества и слабые места каждой из них.

Ключевые слова: системы калибров, сортовая прокатка, критерий эффективности.

A new technique for the systems analysis ofsection mill roll’s calibrations was proposed. Following criteria for analysis were proposed to use: the coefficients of uniformity and coefficient of efficiency, they determine the maturity structure at the profile rolling. Example of calibration systems for the production of round profile 28 mm was analyzed for possible scheme of deformation, as well as strengths and weaknesses of each scheme.

Keywords: system calibration, rolling of sections, the efficiency criterion.

Постановка задачи. Построение рациональной калибровки валков сортопрокатного стана - сложная задача. И ее сложность определяется приоритетом того или иного ожидаемого результата. Известно, что одни калибровки «заточены» на максимально быстрое формоизменение, другие на лучшую проработку структуры. Существуют калибровки, обеспечивающие более точные размеры поперечного сечения или позволяющие осуществлять энергоэффективные режимы деформации.

Известные из литературных источников системы калибровки имеют множество разновидностей, подсхем и подчас, решая одну задачу, существенно ухудшают условия другой. Поэтому разработка методики анализа системы калибровки на основе обоснованных критериев является актуальной научной задачей.

Методика проведения работы. Для анализа систем калибровок выбраны пары последовательных калибров, позволяющие с одной стороны рассмотреть все возможные схемы сочетаний калибров, а с другой обеспечить исследования предела членения сложной системы, такой как калибровка валков непрерывного сортового стана.

В качестве критериев эффективности системы выбраны коэффициенты неравномерности К инф и эффективности К эдэ , определяющие степень проработки структуры металла:

(1)

(2)

где ? i = b i / a i - компонента матрицы формоизменения;

a i , b i - длины радиус-векторов в i -ой точке поперечного сечения заготовки и выходящей полосы соответственно;

n - количество радиус-векторов.

Коэффициенты неравномерности и эффективности формоизменения, определяющие степень проработки структуры металла, в значительной степени зависят от форм чередующихся калибров, соотношения длин осей неравноосных калибров. Неправильный выбор отношения осей приводит к появлению трещин и разрывов в полосе при прокатке профилей особенно из труднодеформируемых сталей.

В процессе прокатки любого сортового профиля можно выделить два основных этапа: прокатка квадратной непрерывно-литой заготовки в черновых и промежуточных клетях стана с целью получения подката требуемой формы и размеров для чистовой группы клетей и прокатка в чистовых клетях. При построении рациональной калибровки валков прокатного стана необходимо стремиться к использованию одних и тех же калибров в черновых и промежуточных клетях при получении проката широкого профильного сортамента.

Так, при прокатке круглой стали диаметром 25-105 мм и шестигранной стали №№ 28-48 на среднесортном стане «350»ЧерМК ОАО «Северсталь» используемые системы калибровки отличаются только в чистовых и некоторых промежуточных клетях.

Попробуем на основе критериев эффективности формоизменения провести анализ проработки структуры при различных системах калибровок. В качестве примера рассмотрим прокатку круглой стали диаметром 28 мм.

При моделировании в качестве граничных приняты следующие условия: обеспечение захвата полосы валками, т.е. ? i ≤ [?] i , обеспечение устойчивости раската в калибре и обеспечение требуемой ширины раската.

Результаты работы. Результаты математического моделирования по возможным сочетаниям калибров представлены в виде графических зависимостей на рисунках 1-4.

Коэффициент К инф (рис. 1) характеризует неравномерность деформации металла по поперечному сечению профиля. Большее значение коэффициента говорит о большей неравномерности такой деформации при получении одного и того же профиля и, как следствие, лучшей прорабатываемости структуры металла. Для сравниваемых схем калибровки использовались известные из литературных источников неравноосные калибры (например, овальные, ромбические), с различным соотношением осей.

Рис. 1. Коэффициент интегральной неравномерности формоизменения К инф :

1- овал-круг; 2 - плоский овал-круг; 3 - овал-квадрат; 4 - овал-ребровой овал;

5 - ребровой овал-овал; 6 - ромб-квадрат.

При прокатке круглого профиля в чистовой паре калибров возможно применение систем овал-круг и плоский овал-круг. Как показано на рисунке 1 (линии 1,2) величина максимального значения коэффициента К инф в 1,4-1,5 раза больше при использовании в качестве предчистового плоского овального калибра.

Таким образом, с точки зрения лучшей проработки структуры, наиболее предпочтительной является система плоский овал-круг. При этом необходимо учитывать, что данная система при производстве круглой стали малых размеров требует высокой точности настройки стана для исключения дефектов круглого профиля «ус» или «лампас», а также «плоские грани», возникающих из-за переполнения или незаполнения калибров.

При производстве круглой и шестигранной стали в промежуточных и предчистовых клетях часто используют системы калибров с ребровым овалом, такие как овал-ребровой овал и ребровой овал-овал. В данных системах, как показали исследования, величина коэффициента неравномерности формоизмененияК инф в значительной степени зависит не только от отношения осей однорадиусного овального калибра (рис.1, линии 4 и 5), но и от отношения осей ребрового овала. Как показали результаты моделирования, наилучшие условия деформации обеспечивает калибр «ребровой овал», форма которого близка к кругу, т.е. отношения осей ребрового овала в промежуточных и предчистовых клетях равны 0,94-0,96. При таком отношении осей ребрового овала площадь высотной деформации становится соизмерима с площадью поперечной деформации, что приводит к увеличению значения коэффициента К инф . Изменяя отношение осей ребрового овала с 0,75 до 0,95, коэффициент формоизменения меняется от 0,038 до 0,138. При задаче раската овальной формы с отношением осей от 1,5 до 2,65 в ребровой овальный калибр, отношение осей которого равно 0,95, коэффициент К инф изменялся от 0,06 до 0,31.Таким образом, интенсивность роста неравномерности деформации в системе ребровой овал-овал больше чем в системе овал-ребровой овал.

В промежуточных клетях сортового стана при производстве круглого профиля возможно применение системы калибров овал-квадрат, в которой, как показало моделирование, отношение осей овального раската может быть в 1,5 раза больше чем в системе овал-круг при одних и тех же коэффициентах вытяжки. Это приводит к увеличению более чем в два раза коэффициента К инф (линии 1, 3 рис. 1), что обеспечивает лучшую проработку структуры металла.

В системе калибров ромб-квадрат, которую также можно использовать в промежуточных клетях, коэффициент интегральной неравномерности формоизменения примерно в 3 раза меньше чем в системе овал-квадрат, так как отношение осей ромбического калибра может быть 1,2-1,8, а овального калибра 2-2,7. Такое соотношение осей ромбического калибра обусловлено ограничением по условию захвата. Поэтому при производстве круглой стали целесообразнее в качестве вытяжной использовать систему калибров овал-квадрат.

Анализ данных по коэффициенту эффективности деформации в элементах калибра К эдэ (рис. 2), который позволяет оценить, насколько рациональна данная система калибров по вытяжной способности, показывает, что максимальные коэффициенты имеют место в системе овал-квадрат (рис. 2, кривая - 3), величина которых всреднем в 2 раза превышает значения коэффициентов К эдэ для других систем.

При сравнении систем овал-круг и плоский овал-круг (рис. 2, линии 1 и 2) видно, что деформация более эффективна в системе овал-круг, где величина коэффициента К эдэ при одних и тех же отношениях осей овальных калибров в 1,5-1,8 раза больше.

Рис. 2.Коэффициент формоизменения К эдэ:1- овал-круг; 2 - плоский овал-круг;

3 - овал-квадрат; 4 - овал-ребровой овал; 5 - ребровой овал-овал; 6 - ромб-квадрат .

При использовании ребрового овального калибра коэффициент эффективности деформации в элементах калибра больше при прокатке в системе овал-ребровой овал, чем в системе ребровой овал-овал последней (рис. 2, линии 4 и 5). Так, изменяя в системе ребровой овал-овал отношение осей ребрового овала с 0,75 до 0,95, коэффициент формоизменения К эдэ меняется от 0,06 до 0,11. При задаче раската овальной формы с отношением осей от 1,5 до 2,65 в ребровой овальный калибр, отношение осей которого равно 0,95, коэффициент К эдэ изменялся от 0,017 до 0,154.

Таким образом, интенсивность роста эффективности деформации в системе овал-ребровой овал больше чем в системе ребровой овал-овал.

С учетом отмеченных закономерностей распределения коэффициентов формоизменения в различных системах калибров предложены четыре варианта схем калибровки промежуточных, предчистовых и чистовых клетей среднесортного стана «350» при прокатке круглой стали диаметром 28 мм (см. табл. 1). Предложенные варианты отличаются системами калибров в промежуточных и предчистовых клетях. Во всех вариантах получены максимально возможные коэффициенты эффективности формоизменения К инф и К эдэ по клетям стана «350» при выполнении граничных условий.

Распределение коэффициентов эффективности по клетям стана представлены на рис. 3, 4. Для сопоставления предложенных вариантов были рассчитаны средние значения коэффициентов формоизменения К инф , К эдэ и коэффициента вытяжки по шести клетям стана №№ 7-12. Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Из табл. 2 видно, что максимальное среднее значение коэффициента К инф имеет место в 4 варианте при использовании системы калибров овал-ребровой овал в промежуточных клетях, максимальное среднее значение коэффициента К эдэ и коэффициента вытяжки во 2 варианте, при использовании системы овал-квадрат и овал-круг.

Таким образом, прокатка с использованием схемы калибровки 4 варианта обеспечит максимальную по сравнению с другими вариантами прорабатываемость структуры металла, а значит минимальную бальность зерна структуры металла готового профиля.

Третий вариант характеризуется минимальными средними значениями К инф и К эдэ , что обеспечивает минимальные затраты энергии и может быть рекомендован для сортамента, подверженного последующей термообработке, нивелирующей разницу в получаемых структурах.

Рис.3. Распределение коэффициента формоизменения К инф при прокатке круглого профиля диаметром 28 мм на стане «350».

Рис. 4. Распределение коэффициента формоизменения К эдэ при прокатке круглого профиля диаметром 28 мм на стане «350»

Таблица 1 - Варианты калибровки валков среднесортного стана «350» при производстве круглого профиля диаметром 28 мм.

Примечание: () - отношение осей неравноосного калибра

Таблица 2 - Средние значения показателей деформации и коэффициентов формоизменения при прокатке круглого профиля по различным схемам калибровки

* - ?ср 7-12 - средняя вытяжка по клетям №№ 7-12; ? ? - суммарная вытяжка по клетям №№ 7-12

Вариант 2 является компромиссным и может быть использован для получения профилей с невысокими требованиями к структуре, но позволяющий снизить затраты энергии для прокатки профилей.

Заключение. Таким образом, проведенный анализ и моделирование калибровки валков сортового стана «350» при варьировании таких параметров как отношение сторон неравноосных калибров (овал, ребровой овал) и коэффициентов вытяжки в предчистовых и чистовых клетях показали возможность разработки рациональных схем калибровки по критериям «лучшая прорабатываемость структуры» или «максимальная энергоэффективность».

Литература:

1. А.И. Виноградов, С.О.Король К вопросу создания калибровок сортовых валков, повышающих эффективность производства профилей из труднодеформируемых материалов/ Вестник Череповецкого государственного университета. - 2010.- №3(26).- с.116-120

2. Б.М. Илюкович, Н.Е. Нехаев, С.Е. Меркурьев Прокатка и калибровка. Справочник в 6 томах, том 1, Днепропетровск, Днепро-ВАЛ.-2002

Your rating: None Average: 6.2 (5 votes)

Уважаемые Алексей Иванович и Марина Анатольевна! Сразу же оговоримся. Для того, чтобы дать грамотный комментарий к настоящему докладу, следует быть, по крайней мере, специалистом в области прокатного производства. А поскольку мы не являемся таковыми, то, вынуждены комментировать доклад с позиции просто металлургов. На наш взгляд, в связи с постоянно растущими требованиями к повышению эффективности работы сортопрокатных станов, выбор рациональной системы (схемы) калибровки валков является важной для производственников проблемой. Чем проще и доступнее ее решение, в данном случае посредством использования математического моделирования, тем больше ее привлекательность для заводчан. Авторы выбрали один из важнейших параметров эффективности – степень проработки структуры металла, характеризующихся двумя коэффициентами: неравномерности и эффективности (непонятны индексы у коэффициентов – «инф». и «эдэ»). Конечно, можно было в качестве критерия оптимальности выбрать сразу несколько параметров, например, относящихся к минимизации издержек: минимальный расход энергии на деформацию, минимальное число пропусков и кантовок, минимальный износ калибров и пр. Но, очевидно, это усложнило бы решение поставленной задачи, хотя и более оптимизировало бы его. Ничего не зная о других имеющихся методиках расчета систем калибровки валков сортопрокатных станов, затруднительно оценить степень ее новизны и преимущества. Однако важно, что разработанная авторами методика позволила определить рациональные схемы калибровки для конкретного стана конкретного предприятия. В развитие работы и для подтверждения эффективности определенных в результате моделирования и выполненного расчета схем можно порекомендовать авторам осуществить реальную прокатку с отбором проб металла для определения микроструктуры (величины зерна и пр.), последовательно на различных этапах продвижения металла в процессе прокатки (после черной, промежуточной и чистовой группы клетей). Кроме того, на наш взгляд, для повышения качества выпускаемой металлопродукции и совершенствования режимов прокатки целесообразно контактировать в этом направлении со сталеплавильщиками-разливщиками, поскольку последние владеют большим арсеналом средств, обеспечивающих оптимизацию структуры и уровня физико-механических свойств литой НЛЗ. Очевидно, важно совместно с ними осуществить выбор оптимального профиля (к примеру, квадрат со скругленными углами и пр.) с точки зрения сокращения циклов и «облегчения» последующих операций прокатки. Но это так – размышления, на которые навел нас ваш доклад. Приятно было оказаться в разделе не одинокими. Успеха вам на пути совершенствования технологических параметров и режимов прокатки. Титова Т.М., Титова Е.С.

Это не первая попытка использовать коэффициента эффективности и неравномерности при калиброке валков прокатных станов. Но в дланном случае имеет место глубокий системный анализ в сочетании с математическим обоснованием. Можно только приветствовать усилия автора в наше время когда ослабевает интерес к техниченским науком. А.Выходец

Сущность изобретения: чистовой калибр симметричен относительно горизонтальной плоскости разъема, а каждая часть калибра образована тремя дугами окружности одинакового радиуса, при этом центральная дуга ограничена углом 26 - 32°, а центры боковых дуг смещены за ось симметрии ручьев на величину 0,007 - 0,08 радиуса дуг. 1 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для использования преимущественно в черной металлургии, а также в машиностроении. Целью изобретения является упрощение настройки калибра и увеличение выхода годного. На чертеже схематично изображен чистовой калибр для прокатки круглой стали. Предлагаемый чистовой калибр для прокатки круглой стали содержит два ручья 1 и 2, симметричных относительно горизонтальной оси Х и вертикальной оси Y. Каждый из этих ручьев имеет по три участка 3,4 и 5, образованных дугами АВ, ВС, CD, A"B", B"C" и C"D" одного радиуса R. Центральные дуги ВС и B"C" ограничены углом 26-32 о и очерчены радиусом R из точки пересечения осей Х и Y калибра. Боковые дуги АВ, A"B" и CD, C"D" очерчены также радиусом R, но из центров, смещенных за вертикальную ось симметрии Y калибра в сторону, противоположную этим дугам. Дуги АВ и CD очерчены из центров О 2 и О 1 , а дуги A"B"и C"D из центров О 3 и О 4 . Величина смещения центров за вертикальную ось симметрии Y составляет равную половине поля допуска на готовый профиль. Калибр снабжен выпусками (построен с "развалом") 6. Они строятся по известным методикам, проведением из точек A, D и A"D", касательных к дугам A 1 AB, CDD 1 и A 1 A"B", C"D"D 1 . Верхний и нижний ручьи установлены с зазором 7 величиной S. В процессе работы прокатного стана перед прокаткой в новом чистовом калибре величину зазора S устанавливают такой, чтобы высота калибра соответствовала минимально допустимому значению размера диаметра круга. После этого ведут прокатку. В процессе прокатки, по мере износа ручьев калибра, производят его подстройку. При этом критерием является "овальность" профиля. Прокатку ведут в калибре до износа его по ширине, соответствующего максимально допустимому размеру диаметра круга по ширине калибра (оси Х). После этого переходят к прокатке в новом калибре. В результате повышенного износа ручьев на участках 4 и 5 предельная величина диаметра готового профиля на соответствующих участках получается практически одновременно с соответствующим размерам по оси Х. При этом размер готового проката по вертикали (по оси Y) легко регулируется изменение величины зазора S. При выходе размеров центральных дуг 1 за пределы, указанные в формуле изобретения, положительный эффект от его использования уменьшается, это видно по данным таблицы, где представлены результаты прокатки круга 1600 мм. Как показали данные опытных прокаток, в результате использования заявляемого чистового калибра для прокатки круглой стали увеличился съем металла с чистового калибра на 38% выход вторых сортов уменьшился на 60% Заявляемый чистовой калибр для прокатки круглой стали представляет собой несомненный интерес для народного хозяйства, так как позволит уменьшить расход металла: значительно повысить производительность труда не менее чем на 12% за счет уменьшения времени на перевалки.

Формула изобретения

ЧИСТОВОЙ КАЛИБР ДЛЯ ПРОКАТКИ КРУГЛОЙ СТАЛИ, образованный двумя симметричными относительно горизонтальной плоскости разъема ручьями, ограниченными дугами окружностей, отличающийся тем, что, с целью упрощения настройки калибра и увеличения выхода годного, каждый из ручьев образован тремя дугами одного радиуса, при этом центры боковых дуг смещены за вертикальную ось симметрии ручьев на 0,007 0,08 этого радиуса, а центральная дуга ограничена углом 26 32 o .

РИСУНКИ

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Плоские виды проката (листы, полосы) обычно прокатывают в гладких цилиндрических валках. Заданная толщина проката достигается уменьшением межвалкового зазора. Прокатку сортовых профилей осуществляют в калиброванных валках, т.е. валках, имеющих кольцевые проточки, соответствующие конфигурации раската последовательно от заготовки до готового профиля.

Кольцевой вырез в одном валке называют ручьем, а просвет между двумя ручьями в паре валков, расположенных друг над другом с учетом зазора между ними - калибром (рис.8.1).

Обычно в качестве исходного материала используют заготовку квадратного или прямоугольного сечения. В задачу калибровки входит определение формы, размеров и количества промежуточных (переходных) сечений раската от заготовки до готового профиля, а также порядка расположения калибров в валках. Калибровкой валков называется система последовательно расположенных калибров, обеспечивающих получение прокатных изделий заданной формы и размеров.

Граница ручьев с обеих сторон называется разъемом или зазором калибра. Он составляет 0,5…1,0% от диаметра валков. Зазор предусматривают для компенсации упругих деформаций элементов рабочей клети, возникающих под воздействием силы прокатки (т.н. отдача, пружина клети). При этом межосевое расстояние увеличивается от долей миллиметра на листовых станах до 5…10 мм - на обжимных. Поэтому при настройке зазор между валками уменьшают на величину отдачи.

Уклон боковых граней калибра к вертикали называется выпуском калибра . Наличие уклона способствует центровке раската в калибре, облегчает его прямолинейный выход из валков, создает простор на уширение металла, обеспечивает возможность восстановления калибра при переточках (рис.8.2). Величину выпуска определяют отношением горизонтальной проекции боковой грани калибра к высоте ручья и выражают в процентах. Для ящичных калибров выпуск составляет 10…25%, для черновых фасонных - 5…10%, для чистовых - 1,0…1,5%.

В - ширина калибра у разъема, b - ширина калибра в глубине ручья, h к - высота калибра, h р - высота ручья, S - зазор калибра.

Расстояние между осями двух смежных валков называется средним или начальным диаметром валков - D c , т.е. это воображаемые диаметры валков, окружности которых соприкасаются по образующей. В понятие средний диаметр входит зазор между валками.

Средняя линия валков - это горизонтальная линия, делящая пополам расстояние между осями двух валков, т.е. это линия соприкосновения воображаемых окружностей двух валков равного диаметра.

Нейтральная линия калибра - для симметричных калибров это горизонтальная ось симметрии; для несимметричных калибров нейтральную линию находят аналитически, например, путем нахождения центра тяжести. Горизонтальная линия, проходящая через него, делит площадь калибра пополам (рис.8.3). Нейтральная линия калибра определяет положение линии (оси) прокатки.

Катающий (рабочий) диаметр валков - это диаметр валков по рабочей поверхности калибра: . В калибрах с криволинейной или ломаной поверхностью катающий диаметр определяют как разницу и , где - средняя высота, равная отношению , - площадь калибра (рис.8.4).

Идеальным представляется вариант, когда нейтральная линия калибра располагается на средней линии, т.е. они совпадают. Тогда и сумма моментов сил, действующих на полосу со стороны верхнего и нижнего валков, одинакова. При таком расположении полоса должна выходить из валков строго горизонтально по оси прокатки. В реальном процессе прокатки условия на контактных поверхностях металла с верхним и нижним валком различны и передний конец полосы непредвиденно может уйти вверх или вниз. Чтобы избежать подобной ситуации, полосу принудительно изгибают чаще вниз на проводку. Проще всего это сделать за счет разницы катающих диаметров валков, которая называется давлением и выражается в миллиметрах - DD , мм. Если , имеет место верхнее давление, если - нижнее.

В этом случае нейтральная линия калибра смещается со средней линией на величину х (см. рис.8.1) и , а . Вычитая второе равенство из первого, получим . Откуда . Зная и можно легко определить начальные и .

Например, мм и мм. Тогда мм и мм.

Обычно на сортовых станах применяют верхнее давление примерно 1% от . На блюмингах обычно применяют нижнее давление величиной 10…15 мм.

В валках калибры разделяют друг от друга буртами. Во избежание концентрации напряжений в валках и раскате грани калибров и буртов спрягают радиусами. В глубине ручья , а у разъема .

8.2 Классификация калибров

Калибры классифицируют по нескольким признакам: по назначению, по форме, по расположению в валках.

По назначению различают обжимные (вытяжные), черновые (подготовительные), предчистовые и чистовые (отделочные) калибры.

Обжимные калибры используют для вытяжки раската за счет уменьшения площади его поперечного сечения обычно без изменения формы. К ним относят ящичные (прямоугольные и квадратные), стрельчатые, ромбические, овальные и квадратные (рис.8.5).

Черновые калибры предназначены к вытяжке раската с одновременным формированием поперечного сечения ближе к форме готового профиля.

Предчистовые калибры непосредственно предшествуют чистовым и в решающей мере определяют получение готового профиля заданной формы и размеров.

Чистовые калибры придают окончательную форму и размеры профилю в соответствии с требованиями ГОСТ с учетом термической усадки.

По форме калибры делят на простые и сложные (фасонные). К простым калибрам относят прямоугольные, квадратные, овальные и пр., к фасонным - угловые, балочные, рельсовые и др.

По расположению в валках различают закрытые и открытые калибры. К открытым относят калибры, у которых разъемы находятся в пределах калибра, а сам калибр образуется ручьями, врезанными в оба валка (см. рис.8.5).

К закрытым относят калибры, у которых разъемы находятся вне пределов калибра, а сам калибр образуется врезом в одном валке и выступом в другом (рис.8.6).

В зависимости от размеров сечения профиля, диаметра валков, типа стана и пр. применяют вытяжные калибры в различных сочетаниях. Такие сочетания называют системами калибров.

8.3 Системы вытяжных калибров

Систему ящичных (прямоугольных) калибров применяют главным образом при прокатке прямоугольных и квадратных заготовок со стороной сечения более 150 мм на блюмингах, обжимных и непрерывных станах, в черновых клетях сортовых станов (рис.8.7). Достоинством системы являются:

-

возможность использования одного и того же калибра для прокатки заготовок различных исходных и конечных сечений. За счет изменения положения верхнего валка меняются размеры калибра (рис.8.8);

Сравнительно небольшая глубина вреза ручья;

Хорошие условия для схода окалины с боковых граней;

Равномерная деформация по ширине заготовки.

К недостаткам этой системы калибров можно отнести невозможность получения заготовок правильной геометрической формы из-за наличия уклонов боковых граней калибров, относительно низкие коэффициенты вытяжек (до 1.3), односторонняя деформация раската.

Систему ромб-квадрат (см. рис.8.7-в) используют в заготовочных и черновых клетях сортовых станов в качестве переходной от системы ящичных калибров для получения заготовок со стороной квадрата менее 150 мм. Достоинством системы является возможность получения квадратов правильной геометрической формы, значительные разовые вытяжки (до 1.6). Недостатком системы является глубокие врезы в валки, совпадения ребер ромба и квадрата, что способствует их быстрому охлаждению.

Система квадрат-овал (см. рис.8.7-г) предпочтительна для получения заготовки со стороной сечения менее 75 мм. Используется в черновых и предчистовых клетях сортовых станов. Обеспечивает вытяжки до 1.8 за проход, малый врез овального калибра в валки, систематическое обновление углов раската, что способствует более равномерному распределению температуры, устойчивость раскатов в калибрах.

Кроме названных применяют системы ромб-ромб, овал-круг, овал-овал и др.

8.4 Схемы калибровки простых профилей (квадратных и круглых)

Черновые калибры валков для прокатки квадратных профилей можно выполнять в любой системе, но последние три калибра предпочтительно в системе ромб-квадрат. Угол при вершине ромба принимают до 120 0 . Иногда для лучшего выполнения углов квадрата угол у самой вершины ромба уменьшают до прямого.

При прокатке квадратов со стороной до 25 мм чистовой калибр строят в виде геометрически правильного квадрата, а при стороне свыше 25мм - горизонтальную диагональ принимают на 1…2% больше вертикальной из-за разницы температур.

Черновые калибры для прокатки круглых профилей также выполняют в любой системе, а последние три калибра - в системе квадрат-овал-круг. Сторону предчистового квадрата для небольших кругов принимают равной диаметру чистового круга, а для средних размеров - в 1,1 раза больше диаметра круга.

Чистовые калибры для кругов диаметром менее 25 м выполняют в виде геометрически правильного круга, а для кругов диаметром более 25 мм горизонтальную ось применяют на 1…2% больше вертикальной. Иногда вместо овала, оформленного одним радиусом, применяют плоский овал для большей устойчивости раската в круглом калибре.

На рис.8.9 представлены схемы калибровки валков стана 500, на которых приведены рассмотренные выше системы вытяжных калибров в черновых клетях, калибровки квадратных, круглых и других профилей.

8.5 Особенности калибровки фланцевых профилей

,

где а г - размер чистового профиля при температуре конца прокатки,

а х - стандартный размер профиля;

Dа - минусовый допуск на размер а х ;

к - коэффициент термического расширения (усадки), равный 1,012…1,015.

Для крупных профилей, у которых допуск заведомо превышает величину термической усадки, расчет калибровки ведут на холодный профиль.

3. С целью достижения максимальной производительности черновые калибры рассчитывают с учетом максимальных углов захвата с последующим уточнением по прочности валков, мощности двигателя и пр. В чистовых и предчистовых калибрах режим обжатий определяют, исходя из необходимости достижения возможно высокой точности профиля и малого износа валков, т.е. при низких значениях коэффициента вытяжки. Обычно в чистовых калибрах m = 1,05…1,15 , в предчистовых m = 1,15…1,25.

Общее число проходов при прокатке на реверсивных станах, в клетях трио, на станах линейного типа должно быть нечетным, чтобы последний проход был в прямом направлении.

Сортамент круглого и квадратного профиля весьма широк благодаря большому разнообразию его употребления. Изделия квадратного сечения (из стали) прокатываются со стороной квадрата от 6 до 200 мм и более, круглого сечения - от 5 до 300 мм в диаметре. Размеры (диаметры) от 5 до 9 мм соответствуют прокатывающейся проволоке, на проволочных станах (катанка) ; интервал их размеров через 0,5 мм. Размеры изделий от 8 до 380 мм прокатываются на мелкосортовых станах с интервалом через 1 и 2 мм; от 38 до 100 мм - на среднесортовых станах с интервалом через 2-5 мм и от 80 до 200 мм - на крупносортовых станах с интервалом через 5 мм. Более крупные размеры изделий прокатываются на рельсобалочном стане.

Наиболее удобными для проката круглого профиля являются овальные калибры (Далее "калибр" - "К." ;), чередующиеся с квадратными по системе квадрат-овал-квадрат (рис. 3.11, а) или по системе квадрат - ромб - квадрат (рис. 3.11, б) ; в обоих случаях квадратные калибры в валках расположенны на ребре. Подобное распределение и чередование К. способствует лучшему обжатию и проработке всех слоев металла.

При прокате изделий, круглого сечения диаметром от 5 до 20 мм исключительное применение получила система К. , чередующаяся, квадрат - овал (рис. 3.11, а) . Прокат круглой диаметром более 20 мм осуществляется в калибрах, чередующиеся по системе квадрат-ромб (рис. 3.11, б) . В обеих системах общими являются три последних К. :

• предчистовый квадрат;
• предчистовый овал;
• чистовой круг.

Поскольку прокат осуществляется в горячем состоянии, то для получения изделий необходимого диаметра (измерение которого проходит в холодном состоянии) размеры чистового калибра следует откорректировать с учетом усадки.

В связи с большим охлаждающим действием валков в вертикальном направлении температурная усадка вертикального диаметра меньше, чем горизонтального. Корректировка размеров чистового К. обеспечивается, если вертикальный диаметр калибра принять d в = 1,01 d x , а горизонтальный d г = 1,02 d x .

Зазор между валками, в зависимости от диаметра К. принимается в пределах от 1 до 5 мм; радиус закругления углов валков около зазора r составляет 0,1d x (рис. 3.11, е) .

Прокатку изделий квадратного сечения осуществляют в калибрах, чередующейся системы ромб-квадрат (рис. 3.11, в) . Эта система зачастую применяется для прокатки квадратного профиля размером более 12 мм. Калибровку начинают с определения размеров чистового К. с учетом неодинаковой температурной усадки в вертикальном и горизонтальном направлениях. Для этого угол при вершине чистового калибра принимается равным 90°30" или 181/360 рад (рис, 3.11, д) .

Тогда вертикальная диагональ чистового К. d в = 1,41 С гор , а горизонтальная d г = 1,42 С гор , где С гор - сторона квадрата в нагретом состоянии, равная 1,013 С н . Профиль, который вышел из такого К. , при застывании будет иметь точную квадратную форму. Углы чистового квадратного К. не закругляются. Зазор между валками принимают равным от 1,5 до 3,0 мм.