Теория и технологии прокатного производства

А. И. Рудской, В. А. Лунев

Наука, 2005 г.

ПРОКАТКА И КАЛИБРОВКА ОСНОВНЫХ ВИДОВ СОРТОВОГО ПРОКАТА

Качество сортового проката как по точности, так и по дефектам поверхности в значительной мере определяется схемой деформации металла и калибровкой профиля. В свою очередь, схема деформации связана с конструкцией стана и другого оборудования цеха. Мы не будем давать рецептурных рекомендаций по расчету калибровки профилей и калибровки валков, так как их можно найти во многих учебных пособиях, например в [6]. По данному учебному пособию студент, скорее всего, не сможет полностью выполнить курсовое задание по расчету калибровки валков стана. Но оно поможет ему проанализировать технологические возможности стана, выбрать схему деформации металла, рассчитать основные параметры деформации и получить характеристические размеры калибров. Оно позволит понять, как те или иные режимы прокатки отражаются на точности и качестве готовой продукции.

15.1. Схемы прокатки простых профилей

Простые профили проката — круг, квадрат и шестигранник — прокатываются по традиционной схеме (рис. 15.1). Применяются три разные группы калибров, в каждой из которых решаются свои задачи. Несколько первых пропусков осуществляют по системе ящичных калибров. Эти калибры позволяют легче, чем другие, освободить поверхность раската от печной окалины.

В ящичных калибрах обжатие осуществляется в основном по двум сторонам заготовки, а две другие, находящиеся под воздействием небольшого бокового обжатия со стороны стенок калибра, легко освобождаются от окалины. После кантовки раската в ящичных калибрах с двух других сторон сбивается окалина. При использовании других систем калибров, например ромб—квадрат или овал-квадрат, когда обжатие осуществляется сразу по четырем сторонам, опасность вдавливания печной окалины в поверхность металла значительно выше.

Ящичные калибры в первых клетях стана необходимы также для стабилизации размеров заготовки. Заготовка, прокатанная на НЗС или другом заготовочном стане, имеет довольно большие допуски. Кроме того, часть заготовки с поверхности выборочно или полностью подвергается зачистке. Можно сказать, что поперечное сечение исходной заготовки сильно отклоняется от номинального значения, поэтому в ящичных калибрах необходимо прокатать ее до некоторого сравнительно точного квадрата, который обеспечивает стабильную прокатку в следующих калибрах.

По сравнению с калибрами системы ромб—квадрат, предназначенной также для получения квадрата (кстати, более точного по геометрии), ящичные калибры обеспечивают меньший врез в валки, не имеют концентраторов напряжений по дну калибра. Поэтому при прокатке больших квадратов (со стороной более 150 мм) на крупносортных и заготовочных станах применяются ящичные калибры, обеспечивающие более высокую прочность валков.

Наконец, ящичная система калибров в первых пропусках, когда заготовка массивна, а температура металла высока, обладает достаточно высокой вытяжной способностью, поэтому нет необходимости прибегать к другим системам калибров.

В вытяжной системе калибров стремятся за наименьшее количество пропусков при высоком качестве проката получить подкат требуемых размеров и формы сечения, который обеспечивает качественную прокатку в следующей чистовой системе калибров. Основные системы вытяжных калибров — овал—квадрат, ромб-квадрат, овал—ребровой овал и их разновидности. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки и область применения на прокатных станах. Многое решают особенности конструкции конкретного стана и опыт калибровщика, разрабатывавшего схему деформации и калибровку валков стана.

При прокатке в чистовой системе калибров главная задача — получение готового профиля с требуемой точностью и без дефектов по поверхности. Как правило, для простых профилей чистовыми являются два последних калибра.

Рассмотрим несколько калибровок, в частности схему калибровки круглых профилей на среднесортном стане 350 (рис. 15.2), расположение оборудования которого более подробно представлено на рис. 14.24. Стан производит круглые профили диаметром от 30 до 87 мм. Следует напомнить, что на расстоянии 70 м от 10-й клети расположен 3-клетевой калибрующий блок и за счет горячекалиброванных профилей сортамент стана значительно расширен.

При реверсивном режиме прокатки в первой клети 530 можно варьировать размерами исходной заготовки. Третью клеть выполнили в виде гладкой бочки. Поскольку эта клеть образует непрерывную группу со второй, то в ней можно обеспечить достаточно высокое обжатие без потери устойчивости и с надежным захватом. Выгода же от того, что не требуется затрат на нарезку калибра, очевидна.

Чистовая система состоит из предчистового овала, расположенного в вертикальной клети, и горизонтального чистового круга. Первые четыре клети выполнены по системе ящичных калибров, следующие четыре калибра относятся к вытяжной системе и выполнены по системе овал—ребровой овал или овал—круг, что при небольшой вытяжке позволяет получать широкий набор круглых профилей из 6, 8 или 10 клетей.

Становится возможным реализовать идею универсализации калибровки, сводящуюся к тому, чтобы при минимальном числе калибров на валках прокатать максимально возможное число профилеразмеров проката.

Гораздо больше проблем в выборе калибров вытяжной системы приходится решать на мелкосортных и проволочных непрерывных станах. Основная задача здесь состоит в том, чтобы обеспечить высокую устойчивость и стабильность процесса прокатки при высокой вытяжной способности применяемых калибров. Необходимо также сохранить высокую универсальность калибровки.

Рассмотрим опыт освоения прокатки круглых и квадратных профилей на типовом мелкосортном стане 250 № 1 Криворожского металлургического комбината (рис. 15.3, 15.4). Схема расположения клетей стана представлена на рис. 14.3. Исходная заготовка — квадрат размером 80x80мм, полученный на НЗС. В черновых клетях /—3 врезаны ящичные калибры. В вытяжных калибрах 4—11 первоначально была применена система овал—квадрат. Эта система обеспечивает высокую вытяжную способность, позволяет прокатать мелкие круги диаметром от 10 до 14 мм, причем при прокатке кругов более 14 мм получается сравнительно низкий расход энергии на 1 τ проката. Однако опыт показал, что по такой системе калибров прокатка в условиях натяжения между клетями проходит крайне неустойчиво. Вследствие натяжения квадратные калибры заполняются не полностью. Прокатка квадратной полосы с незаполненными углами в овальном калибре сопровождается скручиванием полосы между клетями, и нет способов удержать такую полосу в требуемом положении. Скручивание квадрата в овальном калибре вызывает искажение формы овала и часто становится причиной застревания раската в валках. Эти недостатки существенно усложняют процесс прокатки при значительном натяжении полосы между клетями. Снижение натяжения лишь уменьшает эти недостатки, но не устраняет полностью. К тому же при низких натяжениях появляется опасность получить прокатку с петлей, на что стан не настроен. Это приводит, как правило, к аварии на стане.