Металлургия

Прокатное производство

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Общие положения калибровки профиля и прокатных валков

Приведем основные определения, относящиеся к калибровке профилей и прокатных валков.

Калибр — это просвет определенной формы, образованный двумя валками в их рабочем положении в прокатной клети.

Ручей — кольцевой вырез или выступ любой формы на бочке одного валка. Два ручья — верхнего и нижнего валков и зазор между валками составляют калибр. В настоящее время калибр может быть образован несколькими валками, так как применяют специальные прокатные клети с тремя валками и более.

Калибровка профиля — это метод определения формы и размеров последовательного ряда переходных сечений прокатываемой полосы, начиная от исходной заготовки до готового профиля.

В понятие о калибровке профиля входит также определение формы и размеров калибра, построение калибра. Все это рассматривается отдельно в связи с формой конечного профиля.

Калибровкой прокатных валков принято называть правило расположения калибров на бочке валков. Здесь также имеется своя методика определения числа калибров и расположения их по длине бочки валков с обоснованием размеров буртов, равно как и оформление самих буртов. Калибровка профиля включает в себя определение режимов обжатий в каждом проходе. При этом должно быть обоснование в соответствии с законами пластического формоизменения.

Калибры различают по форме, конструкции и назначению. По форме калибры могут быть: прямоугольные (ящичные), квадратные, ромбические, овальные, круглые, шести- и многоугольные, фасонные — сложной конфигурации (двутавровые балки, швеллеры, рельсы, сталь угловая и т.д.).

В классификации калибров по форме необходимо особо отметить характеристику, весьма важную при калибровке прокатных валков и ведении технологического процесса прокатки — наличие осей симметрии в калибре.

 В соответствии с этой характеристикой различают калибры:

1)         имеющие две оси симметрии — вертикальную и горизонтальную — калибры с полной симметрией;

2)         имеющие одну ось симметрии — с неполной или одноосной симметрией;

3)         асимметричные.

К первой группе относят простейшие калибры: ящичные, овальные, круглые и др.; ко второй — фасонные калибры типа двутавровых балок, швеллеров, угловой стали и др.; третья группа калибров включает в себя сложные профили типа автоободов, лемех, тракторный башмак, рельсовые крепления и т. д.

По конструкции калибры подразделяют на открытые и закрытые. Если линия разъема валков находится в пределах контура (периметра) калибра, его называют открытым калибром.

Если же линия разъема валков находится за пределами очертания (периметра калибра), то это закрытый калибр.  

Обычно открытыми калибрами являются простые калибры с полной симметрией, закрытыми — при прокатке фасонных профилей.

По назначению калибры подразделяют на обжимные или вытяжные, черновые или подготовительные, предотделочные или предчистовые, отделочные или чистовые.

Обжимные калибры предназначены для уменьшения площади поперечного сечения исходной заготовки до площади, необходимой перед первым профильным калибром. В черновых калибрах осуществляется приближение сечения исходной заготовки к конфигурации готового профиля. В предчистовых калибрах сечение полосы максимально приближается к чистовому профилю или принимает форму ту же, что и в чистовом калибре. Если для фасонных профилей (двутавровая балка, швеллер, рельс и др.) предчистовой калибр имеет четкое очертание, то для простых симметричных профилей (сталь круглая, квадратная, шестигранная и др.) предчистовой калибр может значительно отличаться от чистового (соответственно — овал, ромб, шестиугольник).

В настоящее время обращено серьезное внимание на получение профилей высокой точности размеров и прокатку профилей с размерами в пределах минусовых допусков. Поэтому ряд предчистовых калибров имеет размеры и форму чистового калибра или весьма приближающуюся к ним (двутавровые балки, швеллеры и т. д.); таким образом, при прокатке профиля получается как бы оформление его в двух калибрах. При выработке первого калибра происходит уточнение размеров полосы и профиля во втором калибре.

Что же касается простых профилей круглой, квадратной, полосовой стали и др., то в предчистовом калибре предварительно оформляется выполнение отдельных элементов профиля для чистового калибра, например вершины ромба — для углов квадрата по горизонтальной оси (диагонали) чистового калибра и т. д.

Можно также привести примеры и для ряда фасонных калибров.

Технологический процесс прокатки определяется рядом положений, характеризующих калибровку профилей и прокатных валков. Первой по значимости задачей калибровки профиля является определение наиболее рациональной формы раската в каждом переходном сечении.

Из всех возможных вариантов калибровки профиля должен быть принят оптимальный вариант калибров, у которых в переходных сечениях раскатов должны надежно выполняться все заданные расчетом элементов по форме и размерам.

Второй задачей калибровки является определение минимального числа проходов, за которое можно получить готовый профиль.

Все это должно быть увязано с коэффициентами вытяжек (высокой деформации), основанными на законах пластического формоизменения металла.

Здесь также принимают во внимание рациональное использование оборудования и подготовку его к очередной плановой прокатке.

При минимальном числе проходов уменьшается парк валков, вводной и выводной валковой арматуры, упрощается настройка клетей, облегчается обслуживание стана. Технико-экономические показатели работы стана значительно повышаются.

Третья задача калибровки состоит в сохранении высоких температур прокатываемой полосы и пластичности металла. Необходимо так выполнить калибровку, чтобы понижение температуры полосы было незначительным, а распределение ее по сечению равномерным.

Четвертая задача калибровки заключается в придании калибрам, а следовательно, раскату такой формы, чтобы на деформацию расходовалось минимальное количество энергии. Это более всего относится к прокатке фасонных профилей. Надо выполнять такие выпуски в калибрах, особенно фасонных, чтобы полоса не защемлялась и свободно выходила из калибра. В сочетании с сохранением высоких температуры полосы и пластичности металла правильная разработка форм калибров обеспечивает их большую стойкость, сохранение размеров полосы, точность профиля.

Все это и определяет условия соответствия калибровки получению профиля высокого качества.

Пятая задача калибровки состоит в обеспечении простоты настройки прокатных клетей, минимальных простоев стана, связанных с перевалками, переходами с одного профиля на другой, высокой производительности стана.

И, наконец, шестая задача заключается в рациональной калибровке бочки прокатных валков, т. е. в наиболее целесообразном расположении калибров по длине бочки валков. От этого зависят технико-экономические показатели стана.

Калибровка валков полосовых листовых станов сводится к определенному профилированию бочки валков, которое характеризуется выпуклостью или вогнутостью, что зависит как от типа стана, его сортамента, так и конструкции клети в общем составе стана.

Выпуклость бочки листового стана характеризуется превышением диаметра бочки по середине ее длины и по краям бочки.

Вогнутость бочки определяется разностью диаметров краев и середины по длине бочки.

В настоящее время прокатные клети листовых станов всех типов конструктивно выполняют так, чтобы можно было осуществить упругий противоизгиб валков на величину, соответствующую сумме величин всех составляющих упругой деформации прокатных валков.

Однако и при таком конструктивном исполнении упругого противоизгиба профилирование бочки валков листовых станов необходимо: оно решает задачу уменьшения сил давления на подшипники шеек прокатных валков.

Решение этих вопросов позволит получить листы высокой точности равнозначных размеров по ширине и длине полосы.

Выпуск калибра, т. е. уклон боковых стенок калибра, необходим для свободного входа и выхода раската, без создания условий защемления полосы, что может привести к окову валков. В свою очередь выпуск в калибре позволяет регулировать ширину раската, степень заполнения калибра.

Обычно величина выпуска выражается в процентах.

Для фасонных калибров типа двутавровых балок, швеллеров, рельсов выпуски оформляют индивидуально, по особым методам расчета и построения этих калибров, что будет рассмотрено ниже.

Величина выпусков в зависимости от формы калибра может быть принята в соответствии с рекомендациями.

Для ящичных калибров рекомендуемая величина выпуска принимается в пределах 10—15%, однако на сортовых станах и блюмингах может быть и больше.

Нейтральная линия калибра (HJIK). При общем определении нейтральной линией калибра можно назвать такую линию, относительно которой валки оказывают

равнозначное еилойое воздействие йа верхнюю и нижнюю части прокатываемого металла.

Нами рекомендуется использовать аналитический метод определения положения нейтральной линий калибра, основанный на составлении уравнений равновесия статических моментов.

В данном случае нейтральной линией калибра называется такая его горизонтальная линия, относительно

которой величины моментов сил, приложенных к прокатываемому металлу от верхнего и нижнего валков, одинаковы (при совмещении нейтральной линии калибра со средней линией валков). В большинстве случаев нейтральная линия калибра проходит через центр тяжести сечения.

Метод определения положения нейтральной линии калибра сводится к следующему. Площадь калибра делят на отдельные площади так, чтобы более удобно было определять положение центра тяжести ее. Проводят горизонтальную линию х—х в любом месте калибра, но с расчетом, чтобы относительно этой линии было бы проще определять статические моменты каждой выделенной площади. Затем определяют статические моменты каждой выделенной площади; принимают статические моменты выделенных площадей, расположенных выше линии х—х, с положительным знаком, ниже линии х—х с отрицательным знаком.

Например, имеем калибр балочного профиля. Площадь всего калибра разделим на фланцы и стенку. Ось х—х можно провести либо по оси стенки, либо по ее верхней (нижней) линии. Проведем эту ось по нижней линии очертания стенки. В этом случае ордината нейтральной линии определится как разность статических моментов элементов всей площади профиля, которую можно разделить на три части: верхние фланцы, стенка и нижние фланцы.

Как было отмечено, при цифровом расчете теперь следует учитывать знак результата и соответственно провести нейтральную линию калибра относительно линии х—х.

Аналогичная методика определения положения нейтральной линии приемлема для калибра любой сложности

Поскольку средняя линия валков входит в нейтральную линию кадибра, то дадим здесь ее определение.  

Средняя линия прокатных валков — это горизонтальная линия, делящая пополам расстояние между осями верхнего и нижнего валков

Раздел калибра — это место, где линия очертания профиля переходит с одного валка на другой. В закрытых калибрах, например балочных, в целях выравнивания условий деформации фланцев профиля разделы чередуются по верхним и нижним фланцам. Так, для угловой стали чередование положения разделов связано с необходимостью получения требуемого закругления на внутренней стороне полок.

Радиусы закругления отдельных элементов калибра выполняют с целью сохранения температуры в этих местах полосы, а также для предотвращения возможных подрезов, более благоприятных условий задачи полосы в калибр и деформации в нем.

Линия прокатки. Калибры на бочках валков располагают при условии совмещения нейтральной линии калибра со средней линией валков. Однако по техническим причинам (неравномерность нагрева, неодинаковый химсостав по сечению раската и др.) могут проявиться отклонения от устойчивого и одинакового выхода полосы из валков.

Поэтому заранее предусматривают верхнее или нижнее давление валков, тем самым задают вполне определенное положение полосы по выходе из валков.

По выходе из балков полоса будет изгибаться в направлении валка с меньшим диаметром.

Как правило, на всех сортовых станах верхнее давление валков принимают в пределах 0,5—5 мм в зависимости от стана и клети.

Нижнее давление принимают на блюмингах (10 мм), чтобы при прокатке слитка по выходе раската из валков не было большого удара по станинным роликам клети.

Обычно нейтральную линию калибра не совмещают со средней линией валков, а располагают ее ниже средней линии валков на величину, равную 0,25 ADB. Этим обеспечивается верхнее давление ADB. Таким образом, линия, на которой располагаются калибры, называется линией прокатки.

Диаметры валков, катающий диаметр. В зависимости от типа стана, его сортамента, калибровки профилей диаметры верхнего DB и нижнего DH валков, зазоры t между ними могут быть самые различные.

Все вопросы, относящиеся к калибровке валков, решаются на основе значения номинального диаметра Do. Определив D о, вычерчивают среднюю линию валков, равноотстоящую от осей верхнего и нижнего валков на 0,5 D0.

В расчетах калибровки профилей, особенно фасонных, сложных по своей конфигурации, при определении скоростных режимов прокатки необходим расчетный диаметр прокатных валков. Иначе невозможно вести расчеты в связи с непостоянством размеров диаметров по периметру калибра.

Поэтому принят условно-расчетный диаметр валков — катающий диаметр относительно калибра.

Катающий диаметр валков —это диаметр, которому соответствует скорость выхода полосы из валков (калибра) без учета опережения. Независимо от степени сложности калибра в общем виде катающий диаметр определяется по приведенной высоте полосы за исключением полос прямоугольного сечения, прокатываемых на валках с гладкой бочкой

  ГОРЯЧЕКАТАНАЯ И ХОЛОДНОСПЛЮЩЕННАЯ АРМАТУРА ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ...

  Режимы обжатий, калибровка валков и процесс прокатки. Зависимость ...

  Обработка металлов давлением. ВИДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

  Прокатные цехи. В прокатных цехах стальные слитки прокатываются в ...

  производство листового проката, фасонных профилей высокой точности ...