Построение чистового калибра для круглой стали. Разработка рациональных схем калибров валков сортовых станов. Выбор системы вытяжных калибров

Прокатка на проектируемом литейно-прокатном модуле с планетарным косовалковым станом производится в 13 клетях, которые условно, как было показано на рис.7, выделены в следующие группы: обжимную (в виде планетарной клети), черновую (в количестве 6 клетей), промежуточную (из 4-х клетей) и 2 чистовые группы (по 2 клети).

В обжимной планетарной косовалковой клети прокатка производится из круглой литой заготовки в круглую катаную с большой степенью деформации.

В дальнейшем прокатка круглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокой точности производится следующим образом.

В черновой группе клетей прокатка из круглой заготовки в овальный профиль производится по одной из систем вытяжных калибровок - системе овал - ребровой овал, которая наиболее подходит для производства круглых профилей высокой точности из высокопрочных легированных сталей .

Необходимый переход к ромбической и квадратной форме раската с последующим продольным разделением осуществляется в специальных калибрах подготовительной группы клетей по рекомендациям и методикам .

И, наконец, в чистовых группах клетей проката каждой нити разделенного раската, производится по системе квадрат-овал-круг, которая находит широкое применение для перевода квадратного сечения в круглое (для прокатки мелкосортной круглой стали .

Расчет калибровки круглой стали диаметром 18 мм производится против хода прокатки.

Расчет калибров чистовой группы клетей стана. Для прокатки круглой стали используют несколько схем калибровок, которые применяются в зависимости от размера профиля, качества стали, типа стана и его сортамента, а также других условий прокатки. Однако во всех случаях предчистовым калибром является либо обычный однорадиусный овал, либо плоский овал. Но более широко применяются предчистовые однорадиусные овальные калибры с отношением осей =1.5, причем для хорошей устойчивости в круглом калибре овальный профиль должен иметь значительное притупление. Подготовительным калибром является разделительный калибр производящий два диагональных раската.

При всех способах прокатки чистовой круглый калибр выполняют с «развалом» - выпуском для предотвращения переполнения калибра и получения правильного круглого профиля. Построение такого круглого калибра показано на рис. 14.

Рис.14.

При конструировании чистового круглого калибра необходимо учитывать температурное расширение металла и допуски на отклонение размеров готового профиля.

Построение круглого калибра производится следующим образом. На окружности диаметра лучами, проведенными из центра калибра под углом к горизонтальной оси, определятся точки начала выпуска боковых сторон калибра и определяют ширину калибра .

Для расчета диаметра профиля в горячем состоянии в чистовой клети стана (клеть 13-я), используется выражение

=(1.0121.015)(+) (1)

где - диаметр профиля в холодном состоянии;

Минусовый допуск

Расчет будем производить при прокатке легированной стали 30ХГСА в круглый профиль высокой точности. И, тогда согласно ГОСТ 2590-88, допуски составят: +0.1мм и -0.3мм, а диаметр профиля в горячем состоянии будет

1.013 (18-) = 18.1 мм.

Ширина чистового калибра (согласно рис.14) будет

Где - угол выпуска, который на практике для диаметров круглой стали 10-30 мм принимают 26.5

И тогда = = 20.22 мм.

Зазор между буртами калибра - S выбирают в пределах (0.080.15) и тогда,

S = 0.111.81 = 2.0 мм.

Точки пересечения линий зазора S с линией выпуска определяют ширину вреза ручья, которая определяется как

Подставляя значения получим

20.22 - = 18.22мм. (3)

Закругления буртов выполняют радиусом

= (0.08 - 0.10) и тогда

0.008518.1 = 1.5мм.

Профиль будет иметь круглую форму, если ширина =. При этом степень заполнения калибра - будет

Правильно выполненный круглый профиль в чистовом калибре 13-ой клети будет иметь площадь поперечного сечения

Чистовая группа клетей имеет обе группы клети с номинальным диаметром валков 250мм, при этом чистовая (13-я) - горизонтальные валки, а предчистовая (12-я) - вертикальные валки.

Итак, чистовая (13-я) клеть имеет круглый калибр, предчистовая (12-я) клеть - однорадиусный овальный калибр, а подготовительный калибр (11-я) клеть представляет собой разделительный сдвоенный диагональный квадрат.

Номинальный диаметр валков 11-й клети, входящий уже в подготовительную группу клетей составляет 330мм.

Валки чистовой и предчистовой группы клетей изготавливаются из отбеленного чугуна. Скорость прокатки в чистовой клети стана профилей круглого сечения высокой точности из высокопрочных легированных сталей принимается около 8 . Температура прокатки 950°С.

Для определения коэффициента вытяжки в чистовом калибре можно использовать формулу , которая имеет вид

1.12+0.0004 (6)

Где - соответствует диаметру чистового калибра в горячем состоянии, т.е. =

1.12=0.0004 1.81 = 1.127

Уширение в чистовом круге определяется по формуле , которая имеет вид

?= (7)

Где Д - номинальный диаметр валков, мм.

1.81=2.3мм.

В качестве предчистового калибра может быть использован простой однорадиусный овальный калибр, построение которого представлено на рис. 15

Рис.15.

Для построения калибра используются определенные в соответствии с принятым при расчете калибровки режимом обжатий размеры высоты овального калибра и ширины. В практических калибровках используются овалы с отношением размеров

Площадь предчистового овала

257.3 1.127=290. (8)

Толщина предчистового овала =, определяется как

18.1-2.3=15.8мм. (9)

Ширина предчистового овала

26.2мм. (10)

Обжатие в чистовом калибре

26.2-18.1=8.1мм. (11)

Угол захвата в чистовом калибре

Arccos(1-)=arccos(1-)=15°19" (12)

Допускаемый угол захвата можно определить по методике с учетом значений коэффициентов для схемы прокатки овал-круг по формуле

где v - скорость прокатки, ;

Коэффициент, учитывающий состояние поверхности валков (для чугунных валков =10);

M - коэффициент, учитывающий марку прокатываемой стали (для легированной стали M=1.4);

t - температура прокатываемой полосы, ?;

Степень заполнения предыдущего по ходу прокатки калибра;

K б; ; ;; ; ; - значения коэффициентов, определяемых при различных схемах прокатки (вытяжных калибров), определяются по таблице ; для системы овал-круг (=1.25; =27.74; =2.3; =0.44; =2.15; =19.8; =3.98).

Примем степень заполнения предчистового овального калибра =0.9

И, тогда максимально допускаемое значение угла захвата в чистовом калибре составит

Поскольку <, условия захвата в чистовом калибре обеспечивается.

Отношение осей овального профиля, задаваемого в чистовой калибр, составляет

При степени заполнения предчистового овального калибра =0.9, найдем ширину предчистового овального калибра

29.1мм. (15)

Коэффициент формы калибра определяется как

Радиус очертания ручья овального калибра

17.4мм. (16)

Определим допустимое отношение осей овальной полосы по условию устойчивости ее в круглом калибре по методике по формуле

где: ; ; ; ; ; - значения коэффициентов, определяемых для схемы прокатки овал-круг, определяемые по таблице (

Так как, условия устойчивости профиля выполняется.

Зазор S по буртам овального калибра принимаем согласно в пределах (0.15-0.2)

S=0.16 =0.16 15.8=2.5мм. (18)

Радиусы закругленных углов в овальном калибре = (0.1-0.4).

Притупление овального калибра на практике чаще всего составляет

0.2 15.8=3.2мм (20)

Площадь сечения одного из подготовительных квадратов в сдвоенном разделительном калибре 11-й клети можно определить как для обычного диагонального квадратного калибра.

И тогда, его площадь будет равна

Коэффициент вытяжки подготовительного квадрата в овальном калибре 12-й клети может быть определен согласно рекомендациям методике . Так, согласно этой методике рекомендуется общий коэффициент вытяжки при прокатке квадрата в овальном и круглом калибре определять из графика в зависимости от диаметра получаемой круглой стали. При заданном диаметре круглой стали равном 18 мм, общий коэффициент вытяжки будет =1.41. И так как

Площадь задаваемого квадрата определится по формуле (21) и будет

290 1.25=362 .

Построение стандартного диагонального квадратного калибра представлено на рис.16

Рис. 16.

Угол при вершине должен быть 90° и =. Степень заполнения квадратного калибра рекомендуется 0.9. Приближенно можно принять

И тогда сторона квадрата калибра - c будет

19.2мм. (25)

Радиус закругления вершины квадратного калибра определяется как

=(0.1ч0.2) = 0.105 19.2 = 2мм (26)

Закругление бунта выполняют радиусом, который определяется как

= (0.10ч0.15) = (0.10ч0.15) = 0.11 19.2 = 3мм. (27)

Высота профиля, выходящего из квадратного калибра будет несколько меньше высоты калибра из-за закруглений вершин радиусом, и тогда

0.83= 19.2-0.83 2=25.5мм (28)

Как уже было отмечено, калибр в 11-й клети представляет сдвоенный диагональный квадратный калибр в котором производится прокатка разделения. Построение и общий вид этого калибра приведен на рис. 17. На этом же рисунке наложен контур очертания раската из 10-й клети, поступающего в этот калибр.

Рис.17.

Продольное разделение многониточного раската контролируемым разрывом осуществляется путем создания в зоне перемычки растягивающих напряжений под действием осевых сил со стороны боковых поверхностей гребней двухручьевых калибров, внедряемых в металл как это может быть показано на рис.18.

Рис.18.

В момент захвата за счет смятия поверхности раската внутренними боковыми гранями ручьев калибра возникает нормальная сила N и сила трения T. Равнодействующую этих сил можно разложить на поперечную Q и вертикальную P составляющие. Под действием силы P осуществляется обжатие металла валками, сила Q способствует растяжению перемычки в поперечном направлении и вызывает появление силы сопротивления растяжения перемычки S и силы сопротивления пластическому изгибу крайней заготовки в сторону разъема калибра G.

Путем измерения толщины перемычки задаваемого раската - и зазора между гребнями валков - t разделяющего калибра (см. рис.17) можно менять радиус кривизны передних концов разделенных профилей на выходе из валков и на условия разделения раската. Отсутствие в месте разделения профилей шейки разрыва перемычки позволяет получить качественную поверхность готового профиля при минимальном числе последующих проходов с обжатием мест разделения. В связи с этим способ продольного разделения раската контролируемым разрывом рекомендован к использованию в чистовых клетях прокатных станов.

Исследования продольного разделения двухниточного раската контролируемым разрывом показали, что толщина перемычки задаваемого в разделительную клеть раската должна быть равнв 0.5ч0.55 стороны квадрата.

Исследование величины зазора между гребнями валков влияет на изменение кривизны передних концов разделенных квадратных профилей при выходе из валков. Так, прямолинейность выхода получаласть при зазоре =16мм равном толщине перемычки, то выбираем

Из практики расчета калибровок при прокатке-разделении квадратных профилей , коэффициент обжатия сторон квадратного профиля принимают в пределах 1.10-1.15. И тогда, из выражения (выбирая) определим сторону квадрата в 10-м калибре

19.2 1.125=21.6 мм. (29)

Площадь разделительного сдвоенного калибра 11-й клети равна фактически удвоенной площади расчетного диагонального квадрата.

И тогда (30)

Расстояние между осями ручьев в калибре 11-й клети - , определяется как

Длина перемычки между ручьями в этом калибре определяется как

Как было указано выше толщина перемычки в 10-й клети может быть определена как

Для проверки на захват поступающего в калибр 12-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в этом калибре и сравнить с допускаемыми данными.

При входе квадратного профиля в овальный калибр абсолютные обжатия по середине и краям профиля будут разными и определяются геметрически наложением сечения квадратного профиля на овальный калибр и будут по середине калибра

Обжатия по крайним точкам квадрата в овальном калибре на основании геометрических преобразований ориентировочно будут?.

Как видно, эти абсолютные обжатия меньше чем абсолютные обжатия в 13-м калибре и, следовательно, при одинаковом номинальном диаметре валков и том же материале проверка на допустимые условия захвата не требуется.

С учетом изложенного, построение и общий вид подготовительного калибра в 10-й клети (перед прокаткой-разделением) может быть представлен на рис.19.

Рис.19.

Некоторые размеры калибра можно определить следующим образом: принимаем на основании существующих калибровок при прокатке-разделении длину перемычки;

радиус закругления вершины квадратного калибра в этой клети

Величина может быть определена согласно рис.17 по формуле

Высота раската, выходящая из калибра 10-й клети

Расстояние между осями ручьев в калибре 10-й клети - , определяется как

Величина зазора по буртам калибра в 10-й клети принимается мм.

Площадь раската, выходящая из калибра 10-й клети, может быть определена согласно рис.17, как

Подставляя значения указанных параметров получим

Площадь не разделенного раската в калибре 11-й клети равна удвоенной площади диагонального квадратного раската, т.е.

И тогда, коэффициент вытяжки в калибре 11-й клети определяется как

Теоретическая ширина раската, выходящая из 11-й клети

Теоретическая ширина раската, выходящая из 10-й клети (при радиусе закругления у бурта =5)

Для проверки на захват поступающего в калибр 11-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в характерных точках калибра и сравнить с допускаемыми данными.

Так, величина абсолютного обжатия в районе перемычки двухниточного раската будет

а в районе разрыва осей ручьев составит

легированный сталь прокат литейный модуль

Итак, как видно, здесь требует проверки на условие захвата район перемычки раската.

Угол захвата в районе перемычки при прокатке в калибре 11-й клети может быть определен как

где: Д -номинальный диаметр валков в 11-й клети (Д = 33мм).

Допускаемый угол захвата в этом калибре можно определить по методике М.С. Мутьева и П.Л. Клименко , для этого необходима скорость прокатки в этой клети, которая будет

5.67 м/с, (45)

и тогда максимальный допускаемый угол захвата определяется по формуле (t = 980?)

Поскольку, условия захвата в 11-м разделительном калибре выполняются.

Калибр в 9-ой клети промежуточной группы клетей, расположен в вертикальных валках и может в большой степени напоминатьдиагональный квадратный калибр, но имеет свои особенности. Он предназначен для прокатки ромбического раската и в районе разъема имеет более стесненную форму чем обычный диагональный калибр. Прокатака в этом калибре предусматривает деформационную проработку будущих боковых горизонтальных частей двухниточного проката, который будет подвергаться прокатке-разделению. С учетом изложенного построение и общий вид этого подготовительного калибра в 9-клети может быть представлен на рис.20.

Рис.20.

Для определения ряда параметров калибра используем некоторые эмперические зависимости, полученные в аналогичных калибровках при прокатке-разделении .

Так, сторона квадрата как и для 10-го калибра может быть определена как

Величина, представляющую среднюю часть калибра рекомендуется брать как 40% от диагональной части калибра.

Уклон буртов в средней части калибра на основании практических данных берем в пределах 25%, это позволяет получить максимальную ширину раската.

Ширина диагональной квадратной части калибра будет

На основании практических данных калибровок по прокатке-разделению принимаем радиусы закруглений у вершин калибров и у буртов одинаковыми и равными 5мм, т.е. мм.

Толщина калибра 9-й клети будет

Толщина раската, выходящего из калибра 9-й клети

Также на основании практических данных величину зазора по буртам калибра принимаем 5мм, т.е. мм.

Площадь раската, выходящего из 9-й клети может быть определена как

и тогда, подставляя значения указанных параметров, получим

Коэффициент вытяжки в калибре 10- клети определяется как

Для проверки на захват, поступающего в калибр 10-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в этой клети.

Так как формы калибров 9-й и 10-й клети сильно различаются по конфигурации, то заменем их площадь приведенной (прямоугольной формы), где ширина полосы будет равна ширине раската, а толщина приведенной полосы может определена

Приведенная величина абсолютного обжатия будет

Приведенная величина угла захвата в калибре 10-й клети будет

Как видно приведенный угол захвата значительно меньше ранее подсчитанных максимальных значений для подобных условий и, следовательно, условие захвата должно выполняться.

Наиболее целесообразной формой калибра 8-клети является ромбический калибр, расположенный в горизонтальных валках. Построение и общий вид этого калибра представлено на рис.21.

Рис.21.

Размеры и ромбического калибра определяют в процессе расчета калибровки с учетом заданной величины коэффициента вытяжки в калибре, правильного заполнения калибра, а также с учетом получения размеров сечения, удовлетворяющих условиям прокатки в следующем калибре.

На практике используются ромбические калибры, характеризующиеся величиной.

Для предотвращения образования в зазорах калибра «лампасов» рекомендуется принимать степень заполнения калибров

Определяем максимально допустимый угол захвата в этом калибре по формуле М.С.Мутьева и П.Л.Клименко , если v=3.9м/с; t=990? и валки стальные по формуле , при v=2-4м/с

и тогда величина максимального абсолютного обжатия будет

При прокатке ромбической заготовки в квадратном калибре (условно можно считать прокатку ромбического раската в 9-м калибре). Сторона приведенного квадрата может быть определена как

Возможная ширина раската, выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет

Принимаем коэффициент вытяжки в 9-м калибре, можно вычислить площадь раската в 8-м калибре как

И тогда, толщина раската, выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет

Уширение ромбической полосы в квадратном калибре, если сторона квадратного (диагонального) калибра >30мм определяется по следующей формуле .

и тогда, подставляя значения получим

С учетом уширеня ширина раската в 9-м калибре должна быть

и как видно такой раскат из ромбического калибра в квадратном может быть прокатан без переполнения калибра, т.к. и как видно.

Остальные размеры ромбического калибра определяются из следующих эмперических рекомендаций

Отношение диагоналей в калибре расчетное

Величину зазора у разъема калибра принимаем равным 5мм, т.е. .

Теоретическая высота ромбического калибра - может быть определена по формуле

Притупление - ромбической полосы у разъема калибра определяется как

Теоретическая ширина ромбического калибра - определяется как

Угол при вершине - в может быть определен как

Откуда (74)

в = 2 arctg1.98 = 126.4°

Сторона ромба - определяется как

В черновой группе клетей, состоящей из 6 - ти рабочих клетей дуо с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками прокатка круглой заготовки диаметром 80мм, постапающая из обжимной косовалковой планетарной клети прокатывается по системе вытяжных калибров овал-ребровой овал. Эта система получила широкое распространение при прокатке на непрерывных станах круглой стали повышенной точности из легированных и высокопрочных сталей .

В 7-й клети черновой группы калибр представляет ребровой овал, распологающийся в вертикальных валках. Построение и общий вид этого калибра представлены на рис.22.

Рис.22.

Коэффициент вытяжки в ромбическом калибре 8-й клети раската в виде ребрового овала на основании практических данных можно рекомендовать в пределах 1.2-1.4. И тогда, площадь раската, выходящая из калибра в виде ребрового овала в 7-й клети будет

Суммарный коэффициент вытяжки в черновой группе клетей будет

где - площадь круглого раската, выходящего из обжимной планетарной клети, .

Ранее на основании практических зарубежных данных было показано, что с учетом деформации в планетарной клети непрерывно-литых заготовок диаметром 200мм, оптимальным по кинематическим зависимостям раскат, выходящий из этой клети должен иметь круглое сечение диаметром 80мм.

Средний коэффициент вытяжки в этой системе калибров будет

Обычно, как показывает практика , в ребровом овальном калибре вытяжка находится в пределах, а в овальных калибрах вытяжка обычно выше. И тогда, принимая вытяжку в ребровых овальных калибрах, вытяжку в овальных калибрах рекомендуется рассчитывать по формуле

Во 2-й клети круг должен прокатываться в овальном калибре, что приводит к уменьшению коэффициента вытяжки и тогда

При отношении раскат становится неустойчивым при прокатке в ребровом овальном калибре. Обычно используют овалы с соотношением. В ребровых овальных калибрах соотношение между высотой и шириной калибра составляет

Определим допустимый угол захвата в ромбическом калибре 8-клети, если v =3.4 м/с; t = 995? и валки чугунные, по формуле в диапазоне v = 2-4м/с.

И тогда, величина максимального абсолютного обжатия при, будет

Толщина раската, выходящего из 7-й клети будет и определяется как

Ширина раската, выходящего из 7-й клети будет и определяется как

Величину радиуса овала определяют по формуле

Закругление бурта выполняют радиусом

Величину зазора принимаем

Величину притупления овала при определяем равной величине зазора т.е. мм.

Общая схема расположения вытяжных калибров черновой группы клетей стана представлена на рис.23.

Рис.23.

Итак, как видно, в 6-й клети калибр выполняется овальным и распологается в горизонтальных валках.

Площадь овала этого калибра определяется как

Овальный калибр выполняется однорадиусным и схематично ничем не отличается от ранее рассмотренного овального калибра в читовой группе клетей (см. рис.15).

Высота овального калибра

где - уширение овальной полосы в ребровом овальном калибре, рекомендуется определять по формуле

где Д - диаметр валков, равный 420мм

Ширина раската, выходящая из овального калибра

Как известно, площадь овального калибра представляет собой

Формулу (93) можно представить в виде квадратного уравнения, решение которого позволяет определить

после раскрытия скобок получим

И тогда, абсолютное обжатие в ребровом овальном калибре 7-й клети будет мм.

Определим допустимый угол захвата в ребровом овале 7-й клети, если v =2.8м/с; t = 1000? и валки стальные и тогда, по формуле в диапазоне 2-4 м/с допустимый угол захвата будет

И тогда, величина максимального допустимого обжатия при.

Как видно условия захвата выполняются, а уширение будет.

Окончательно размеры овала в калибре 6-й клети будут

Остальные размеры овального калибра будут: радиус ручьев определяется как

Зазор S по буртам калибра будет

Радиус закруглений углов

Как видно из рис.23 в 5-й клети калибр представляет ребровой овал и распологается в вертикальных валках.

Калибровка валков в парах калибров 4 и5-ой клетей, 2 и 3-ей клетей производится аналогично приведенным расчетам калибровки калибров 6 и 7 клетей и, согласно общей схеме расположения калибров (см.рис.23) во 2-ой клети калибр выполняется в виде однорадиусного овала и располагается в горизонтальных валках. В этом калибре предполагается прокатка круглого профиля диаметром 80мм, поступающего из обжимной планетарной 3-х валковой клети с косым расположением валков.

Коэффициент вытяжки в овальном калибре 2-й клети составит

Где - площадь сечения круглого раската (диаметром 80мм), поступающего из обжимной планетарной клети.

Абсолютное обжатие по вершинам в овальном калибре 2-клети будет

Среднее абсолютное обжатие при прокатке круга в овальном калибре 2-й клети будет

При прокатке круглой заготовки в овальном калибре уширение можно определить про приближенной формуле

Возможная ширина раската в овальном калибре 2-й клети будет

что как видно несколько меньше и, следовательно переполнения калибра не будет.

Калибровка обжимной косовалковой планетарной клети заключается в установке наклонных конических валков, которые при вращении вокруг своей оси и планетарном движении должны образовывать просвет с необходимым вписанным кругом (в рассматриваемом случае диаметром 80 мм) на выходе раската из валков, и аналогично с необходимым вписанным кругом (диаметром 200мм) на входе заготовки в валки. В задачу калибровки валков входит определение длины очага деформации, которая определяется конической частью валка, углом наклона валков, диаметром валков.

Общая схема очага деформации с указанием необходимых для осуществления прокатки рассматриваемой заготовки, параметров калибровки наклонных конических валков, представлена на рис.24.

Определение указанных на схеме параметров и представляет собой задачу калибровки валков обжимной косовалковой планетарной клети.

Рис.24.

Размеры представленные на рис.22, характеризуют следующие параметры:

Расстояние от оси прокатки в точке скрещивания;

То же, но суммарное по оси валка;

и - соответственно радиусы заготовки и проката;

Угол наклона образующей конуса очага деформации;

Угол наклона образующей поверхности валка;

Ш - угол скрещивания валка с осью прокатки;

Соответственно радиусы валка на пережиме, калибрующем участке и максимальный (на входе заготовки);

А - тангенсиальное смещение валка (на рисунке не показано).

На основании практических данных, полученных из условий конструирования и опыта работы подобных станов рекомендуется выбирать некоторые элементы и параметры калибровки валков в таких пределах:

(т.е диаметр валка в пережиме);

(т.е макимальный диаметр валка);

Ш = 45-60° (т.е угол скрещивания берем ш = 55°);

угол между линией центров вала-заготовки и линией проекции валка щ = 45°.

Коэффициент вытяжки в 1-й клети

Остальные два рабочих валка обжимной клети имеют те же размеры, которые были представлениы выше для расчитываемого валка.

В расчетах калибровки были использованы параметры скорости раската и температуры по клетям.

Так, скорости по выходу из клетей рассчитывались по формуле

И тогда, принимая скорость готового раската (в виде круга диаметром 18мм) из последней клети стана 8 м/с получим:

Скорость входа заготовки в 1-ю (планетарную) клеть будет или примерно 7.9м/мин.

Общее изменение температуры металла при прокатке может быть определено по формуле

Где и - понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты излучением и конвекцией в окружающую среду;

Понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты теплопроводностью при контакте с валками, проводками, роликами рольгангов;

Повышение температуры металла вследствие перехода механической энергии деформации в теплоту.

И тогда, на основе использования метода, изменение температуры раската за время прокатки в калибре и перемещения к следующему калибру составит

Где - температура раската перед входом в рассматриваемый калибр, ?;

П - периметр поперечного сечения раската после прохода, мм;

F - площадь поперечного сечения раската после прохода, ;

ф - время охлаждения раската, с;

Повышение температуры металла в калибре, ? и определяется по формуле

р - сопротивление металла пластической деформации, МПА;

м - коэффициент вытяжки.

Так, например, изменение температуры металла за время движения заготовки от нагревательной печи до 1-ой клети стана по формуле (200) составит (если температура нагрева заготовки, ф=, П=п 200=628мм, F=31416)

Повышение температуры металла в 1-ой (планетарной) клети за счет интенсивной деформации можно определить по формуле (201) принимая р=100МПА и и тогда

Окончательно температура металла после прокатки в каждой клети с учетом изменения температур раската, рассчитанных по формулам (107) и (108) и внесенных практических поправок составит: и

Основные размеры раската и параметры калибровки при прокатке круга диаметром 18мм из заготовки диаметром 200мм по клетям стана приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные калибровки по проходам при прокатке круга?18мм из заготовки?200мм.

№ прохо-да	Вид калибра	Расположение валков	Размера раската	Обжатие, мм	Ушире-ние,	Площадь калибра, F, мм	Коэф. Вытяжки, м	Тем-ра раската, t,?	Скорость прокатки v, м/с	Примечание
Толщи-на, h
Начальные условия:				Тем-ра нагрева
	3-х валковый	Наклонные							Косовалк. Планет. Клеть.
	Однорадиусный овал	Горизонтальное
	Ребровой овал	Вертикальное
	Однорадиусный овал	Горизонтальное
	Ребровой овал	Вертикальное
	Однорадиусный овал	Горизонтальное
	Ребровой овал	вертикальное
		Горизонтальное
	Диагон. квадратн. типа	Вертикальное
	Сдвоенный диагон. квадр. типа	Горизонтальное
	Сдвоенный диагональный квадратн.	Горизонтальное									Разделение раската в калибре
	Однорадиусный овал	Вертикальное									Кантовка на 45°
		Горизонтальное

Расчетные схемы калибров валков по всем клетям стана при прокатке круга?18мм из непрерывнолитой заготовки?200мм приведены на рис. 25.

Система овал-круг

Рисунок 1.8.Схема прокатки металла в системе калибров

«овал-круг».

Система является частным случаем системы «овал-реб-ровой овал» и, при необходимости, позволяет создать «универсальность» калибровки, обеспечивающую получение круглых профилей стандартных диаметров из промежуточных рабочих клетей (по ходу прокатки металла на стане), что уменьшает простои стана на перевалки. Однако «универсальность» систем калибровок валков несколько усложняет выполнение режима обжатий металла на стане, что в какой-то степени можно отнести к недостаткам системы. Низкая устойчивость однорадиусного овала в круглом калибре препятствует прокатке металла с сохранением высоких значений частных «вытяжек» металла и величина средней «вытяжки» металла в системе «овал-круг» составляет (). Систему калибров не рационально применять как вытяжную, хотя она незаменима в качестве чистовой, что успешно реализуется на стане 350 ОЭМК.

Некоторые элементы калибров простой формы являются общими для всех типов калибров.

Зазор между валками (буртами валков), . Под действием усилий со стороны прокатываемого металла расстояние между валками увеличивается за счет выборки зазоров в деталях клети и упругой деформации клети. При этом высота калибра увеличится. Поэтому чертеж калибра должен отображать его форму и размеры в момент прокатки полосы, то есть вместе с зазором (рисунок 5.1).

Зазор позволяет при прокатке изменять высоту калибра, тем самым изменять профиль прокатываемого металла. При большом зазоре зона контакта металла и валков мала, контур калибра получается незамкнутым, поэтому ухудшается исполнение размеров и формы проката. По этой причине зазоры в чистовых калибрах должны быть минимальными.

Величина зазора принимается в долях от номинального диаметра валков (таблица 1.2.) или высоты калибра (высоты полосы ).

Таблица 1.2. Минимальные зазоры между буртами валков

Группа клетей мелкосортной (среднесортной) и проволочной линии стана 350	№клетей	, мм
Черновая группа
I промежуточная
II промежуточная
Чистовая
Чистовой блок

Рисунок 1.9. Схема построения и типовые элементы калибра: а – геометрическая фигура образующая калибр и контуры поверхностей пары гладких валков (здесь контуры представляют собой две сплошные тонкие линии); б – ручьи валков с закруглениями; в – положение и размеры прокатываемой полосы; г – окончательная схема калибра.

Ширина калибра представляет собой горизонтальный, относительно оси валка, характерный размер (далее горизонтальность и вертикальность будут подразумеваться относительно оси валка) геометрической фигуры образующей калибр (рисунок 1.9.).

Высота калибра - характерный вертикальный размер геометрической фигуры образующей калибр (рисунок 1.9.).

Ширина вреза калибра - это ширина геометрической фигуры образующей калибр на уровне пересечения с линией бурта валка (рисунок 1.9.).

Глубина вреза калибра - это расстояние от бурта валка до нижней точки калибра (рисунок 1.9.).

Радиусы закруглений по дну калибра и по буртам выражают обычно в долях высоты калибра. Закруглениями выполняется плавный переход в местах резкого изменения контура калибра либо на границе бурт-калибр (рисунок 1.9.). Закругления необходимы для снижения концентраций напряжений в элементах валка.

Ширина бурта между калибрами (торцевого бурта)– горизонтальный размер не проточенной части бочки валка между соседними калибрами (между последним калибром и краем рабочей поверхности валка).

Ширина бурта между калибрами:

Ширина торцевого бурта:

, (1.4)

где - длина бочки валка (приложение 1)

Число ручьев на бочке валка;

В выражении (1.4) варьируются две величины: . Полученное значение должно удовлетворять условию (1.5). Таким образом, помимо нахождения размеров буртов, осуществляется подбор числа ручьев на бочке .

Выпуск калибра . Для обеспечения свободного выхода полосы из валков без защемления, ширина ручья должна увеличиваться от дна к центру калибра. Поэтому боковые стенки калибра делаются наклонными по отношению к контуру геометрической фигуры образующей калибр. Тангенс угла наклона называется выпуском калибра. Иногда выпуск калибра выражают в процентах.

Высота полосы - вертикальный характерный размер выходящей из валков полосы.

Ширина полосы - горизонтальный характерный размер выходящей из валков полосы.

Притупление полосы у разъема калибра (рисунок 1.9) показывает вертикальный размер свободной от контакта с валками части прокатываемой полосы.

Ширина и притупление полосы являются дополнительными геометрически наглядными параметрами, описывающими важную характеристику прокатки в калибрах - степень заполнения калибра металлом . Степень заполнения определяется по формуле.

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

Калибровка профилей и валков, предназначенных для прокатки круглой и квадратной стали

К горячекатаной круглой стали согласно ГОСТ 2590-71 относят профили, имеющие в поперечном сечении форму круга диаметром от 5 до 250 мм.

В общем случае схема калибровки круглой стали может быть разделена на две части: первая представляет собой калибровку для черновых и средних групп клетей и удовлетворяет ряду профилей, являясь в этом смысле общей для нескольких конечных профилей различного сечения (квадратной, полосовой, шестиугольной и др.), а вторая предназначена как определенная система для последних трех - четырех клетей и свойственна только данному профилю круглой стали. В черновых и средних группах клетей могут применяться системы калибров: прямоугольник - ящичный квадрат, шестиугольник - квадрат, овал - квадрат, овал - вертикальный овал.

Для последних трех - четырех профилирующих клетей система калибров также не является постоянной. Определенная закономерность наблюдается только в последних двух клетях: чистовая имеет круглый калибр, предчистовая - овальный, калибр третьей клети от конца прокатки может быть различной формы, от которой и зависит система калибровки.

Общие схемы калибров последних четырех проходов при прокатке круглой стали. Из этих схем следует, что в качестве предчистовых применяют овальные калибры двух форм: однорадиус- ные и с закруглением прямоугольников - так называемые «плоские» калибры. Первую схему используют при прокатке круглой стали большинства профилеразмеров, вторую - главным образом для круглой стали больших диаметров и арматурной стали.

По первой общей схеме прокатки можно отметить семь типов калибров, применяемых в предовальной клети. По второй общей схеме наибольшее применение нашли калибры только двух видов: ящичный квадрат 1 и квадрат 3, врезаемый на бочке валка при расположении по диагонали.

Системы и форма калибров, применяемых для черновых и средних групп клетей, могут быть весьма разнообразными и зависеть от ряда факторов, главные из которых-тип стана и конструкция его основного и вспомогательного оборудования.

В настоящее время существует ряд приемов построения чистового калибра для круглой стали: очерчивание калибра двумя радиусами из разных центров; снятие фасок у разъемов валков с целью предотвращения лампаса малой толщины подрезов раската буртами калибра; образование выпуска очертанием калибра по разъему и т.д. Практика показывает, что чистовой калибр, очерченный одним радиусом и имеющий лишь один размер - внутренний диаметр, не удовлетворяет требованиям получения геометрически правильного качественного профиля, особенно профиля большого диаметра. Как правило, в таком калибре, даже при самом незначительном изменении технологических условий (понижении температуры прокатки, выработке валков предчистового калибра, увеличении высоты овала и др.) ручьи переполняются металлом. Получение профиля в соответствии с формой чистового калибра требует постоянного контроля размеров предчистового овального раската. В случаях переполнения калибра не всегда удается выдержать диаметр профиля, даже в пределах плюсового допуска.

В целях устранения отмеченных недостатков рекомендуется для профиля круглой стали конструировать чистовой калибр с развалом (выпуском), т. е. предусматривать несколько больший горизонтальный диаметр по сравнению с вертикальным. Это необходимо также в связи с тем, что раскат овального сечения, поступающий в чистовой калибр, имеет пониженную температуру в местах по концам большой оси и тепловая усадка готового профиля при охлаждении в направлении горизонтального диаметра несколько больше, чем в направлении вертикального диаметра. Интенсивный износ чистового калибра круглой стали по вертикали вследствие большего обжатия также способствует превышению размера на 1-1,5% горизонтального диаметра над вертикальным.

Круглую сталь на отечественных заводах стремятся прокатывать по минусовым допускам.

Определение размера горизонтального диаметра по разъему чистового калибра рекомендуется по аналитически выведенным уравнениям (Н. В. Литовченко) с учетом размеров диаметров профиля.

Цель работы : знакомство с принципами калибровки валков для проката квадратного и круглого профилей.

Теоретические сведения

I. Общие вопросы калибровки валков.

Сортовой прокат получают в результате несколько: последовательных пропусков число которых зависит от соотношения размеров и формы начального и конечного сеченая, при этом в каждом пропуске сечение изменяется С постепенным приближением к гото­вому профилю.

Прокатка сортового металла осуществляется в калиброванных валках:, т.е. в валках, имеющих специальные вырезы, соответствующие требуемой конфигурации проката в ленном пропуске. Кольце­вой вырез в одном валке /рис. 4".Л/ называется ручьем I, a просвет двух ручьев расположенных одним над другим совместно работающих с учетом зазора между ними называется ка­либром 2.

Прокатка в калибрах, как правило, является примером ярко выраженной неравномерной деформации металла и в большинстве случаев стесненным уширением.

При калибровке прокатных валков величину обжатия по про­пускам приходится принимать одновременно с определением последо­вательных форм и размеров калибров /рис. 42.2/, обеспечивающих получение качественного проката и точных размеров профиля.

Калибры, применяемые при прокатке, разделяют на следующие основные группы в зависимости от их назначения.

Обжимные или вытяжные калибры -предназначены для уменьшения площади поперечного сечения слитка mm заготовки. Вытяжными калибрами являются квадратные с диагональным расположением, ромбические, овальные. Определенное сочетание указанных калиб­ров образует системы калибров, например ромб-квадрат, овал-круг и т.д. /рис.42.3/.

Черновые иди подготовительные калибры», в которых наряду с дальнейшим уменьшением сечения проката производится обработка профиля с постепенным приближением его размеров и форм к конеч­ному сечении.

Отделочные или чистовые калибры , придавшие профилю оконча­тельный вид. Размеры этих калибров на 1,2...1,5% больше готового профиля; припуск дается на усадку металла при его охлаждении.

2. Элементы калибра

Зазор между валками. Высота калибра складывается из глубины вире зов в верхнем h t и нижнем h2, валках и величины S между валками

При прокатке давление металла стремится раздвинуть валки, при этом зазор 5 увеличивается, что называют отдачей, или пру­жиной, валков. Так как чертеж калибра отображает его форму и размеры в момент прохождения полосы, то зазор между валками при к установке в клети принижается меньше зазора, указанного на чертеже, на величину отдачи валков, Вместе с этим необходимо учитывать то обстоятельство, что при работе расстояние между валками по ряду причин /изменение марки стали, износ валков и т.п./ приходится менять с целью настройки стана. Эту настройку можно осуществлять, если предусмотрен зазор между валками, ко­торый принимается для обжимных станов I...I.5%, для других ста­нов 0,5..1% от диаметра валка.

Выпуск калибра. Боковые стенки ящичного калибра /рис.42.3" имеют некоторый наклон к оси валков. Этот наклон стенок калибра называют выпуском. При прокатке выпуск калибра обеспечивает удобную и правильную задачу полосы в калибр и свободный выход полосы из калибра. При перпендикулярном выполнении стенок калибра к оси валков наблюдалось бы сильное защемление полоса создавалась бы опасность оковывания валков, поскольку уширение практически всегда сопутствует процессу прокатки. Обычно вы­пуск калибра удавливается в процентах /~ 100 %/ или в градусах µ и принимается для ящичных калибров 10..20%

Верхнее и нижнее давление Весьма важно при прокатке обеспечить прямолинейный выход полосы из валков. Для этой цели используют проводки, так как при прокатке имеются причины, вызывавшие изгиб полосы в сторону верхнего и нижнего валков, то это требует установка проводок на нижнем и верхнем валках. Но этой установки

можно избежать, если полосе заранее дать определенное направление что достигается применением валков с разными диаметрами. Разницу между диаметрами вилков принято условно называть "давлением", Воли диаметр верхнего валка больше, говорят о "верхнем давлении" /рис. 42.4/,

если принят большим диаметр нижнего валка, то в данном случае имеется "нижнее давление". Величина давления выра­жается разностъю диаметров в миллиметрах. Для сортовых ставов стремятся иметь верхнее давление на более I % от среднего диаметра валков.