Теоретические основы и расчет калибровки валков сортовых прокатных станов

Берковский B.C.

МИСиС, 2003 г.

ПОНЯТИЕ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ И ЕЕ НАЗНАЧЕНИЕ

Сортовые профили прокатывают из заготовки за несколько проходов между валками. Число проходов зависит от соотношения размеров и формы заготовки и конечного сечения. В большинстве случаев заготовка для прокатки сортовых профилей имеет квадратное или прямоугольное сечение.

В валках для придания прокатываемому металлу необходимой формы выточены специальные вырезы, называемые ручьями. Ручьи, выточенные в верхнем и нижнем валках двухвалковой клети и расположенные на одной вертикальной оси, образуют калибр, форму которого и принимает прокатываемая полоса в каждом проходе (рис. 1.1).

Аналогично образуются трех- и четырехвалковые калибры. Многовалковые калибры используют в клетях специальных конструкций (рис. 1.2).

Систему последовательно расположенных калибров, обеспечивающую в процессе прокатки получение требуемого профиля из заданной заготовки, называют калибровкой валков.

Разработка калибровки валков связана с оптимальным решением комплекса задач:

- получение заданного профиля за минимальное число проходов;

- обеспечение требуемого качества поверхности;

- обеспечение механизации процесса прокатки;

- обеспечение оптимальной загрузки оборудования прокатного стана.

Решение этих задач невозможно без учета особенностей прокатного стана, для которого разрабатывается калибровка валков, т.е. конструкции и расположения основного оборудования, профильного и марочного сортамента, производительности стана и т.д. Поэтому в большинстве случаев калибровка валков каждого прокатного стана индивидуальна.

ЭЛЕМЕНТЫ КАЛИБРОВКИ ВАЛКОВ

2.1. Зазор и пружина клети

Расстояние между валками называют зазором. Различают проектный, или расчетный, и рабочий, т.е. фактический в момент прокатки, зазор. Поскольку при прокатке все детали рабочей клети упруго деформируются, то в момент захвата полосы валками зазор увеличивается на величину суммарной упругой деформации клети, называемую пружиной клети. Пружина складывается из изгиба валков, сжатия подушек, вкладышей, нажимных винтов и гаек, изгиба и растяжения станины. В зависимости от конструкции клети пружина может колебаться от десятых долей миллиметра на проволочных станах до 20 мм на блюмингах.

Чтобы после выхода полосы из калибра валки не соприкасались, проектный зазор sдолжен быть больше пружины клети. Практически величина зазора приблизительно отвечает соотношению

s = 0,01D, (2.1)

где D- диаметр валков.

2.2. Разъем калибра

Место, где контур калибра пересекает линию зазора, называют разъемом калибра (рис. 2.1).

Если разъем находится на боковой грани калибра, то такой калибр называют открытым (рис. 2.2, а). Калибр, у которого разъем находится на нижней или верхней грани, а зазор вне контура, называют закрытым (рис. 2.2, б).

Углы калибра закругляют некоторым радиусом г во избежание концентрации напряжений и быстрого остывания острых углов. Углы не закругляют только в последних отделочных калибрах при прокатке профилей, у которых наличия острых углов требует стандарт (например, при прокатке квадратной стали по ГОСТ 2591-88).

2.3. Бурт

Часть бочки валка, расположенную за пределами контура калибра, называют буртом. Закругление буртов калибра в месте разъема предотвращает концентрацию напряжений и образование дефектов на поверхности полосы в случае небольшого переполнения калибра или смещения ручьев (подрез). Радиус закругления буртов выбирают конструктивно.

2.4. Диаметры валков

Калибры в процессе эксплуатации изнашиваются и постепенно теряют первоначальную форму и размеры. Для восстановления размеров калибров валки перетачивают, т.е. уменьшают диаметр валков и благодаря наклону боковых стенок восстанавливают ширину и глубину ручьев. Таким образом, диаметр бочки валка постепенно уменьшается. Максимальный и минимальный (после последней переточки) диаметры определяются конструкцией шпинделей и подушек валков. Неизменным остается расстояние между осями валков шестеренной клети, которое называют номинальным диаметром D₀. Номинальный диаметр чистовых клетей сортового стана определяет его название.

Диаметр валков по ширине калибра - величина переменная. В расчетах процесса прокатки используют катающий диаметр, под которым понимают диаметр валка в тех местах калибра, где окружная скорость валков равна скорости выходящей полосы без учета опережения (рис. 2.3, а).

Катающий диаметр определяют по формуле

D_Km=D-F/b,(2.2)

где F— площадь прокатываемой полосы; b - ширина полосы; F/b— средняя высота полосы.

При прокатке в полосовых и ящичных калибрах для упрощения расчетов катающим диаметром считают диаметр по дну калибра (рис. 2.3, б).

2.5. Заполнение калибра

Чтобы предотвратить переполнение калибра (b> b_к), возможное из-за колебания уширения в процессе прокатки (изменение температуры, скорости прокатки и других технологических параметров), калибр должен быть заполнен не полностью. При переполнении калибра металл затекает в зазор, образуя дефект «ус» (рис. 2.4, а),который при деформации в последующем калибре образует закат — дефект, подобно трещине нарушающий сплошность металла (рис. 2.4, б).

Заполнение калибра характеризуют коэффициентом заполнения

х=b/b_к.

В тех случаях, когда конечная ширина неизвестна, заполнение можно прогнозировать, оценивая простор на уширение, под которым понимают пространство в калибре между заготовкой и разъемом калибра (b_к - bк). Простор на уширение можно оценить коэффициентом простора

φ = b_K/b₀.

Высоту поверхности на боковой грани полосы т,свободную от контакта с калибром, называют притуплением (см. рис. 2.4, б). При полном заполнении χ = 1, притупление травно зазору s.

Дефекты, попадающие на поверхность, свободную от контакта, плохо прорабатываются. Поэтому значительное незаполнение калибра приводит к ухудшению качества готовой продукции и, кроме того, к ухудшению устойчивости полосы в калибре. В то же время слишком большое заполнение чревато образованием уса и в дальнейшем заката.