Все о металле, его обработке и переработке
Партнеры
  • .

Металлургия черных металлов

§ 4. Технологические схемы прокатного производства на металлургическом заводе

В зависимости от исходного материала на металлур­гических заводах применяют две схемы производства проката (рис. 141). При использовании в качестве исход­

Ного материала слитков 1 в технологической схеме пре­дусматривается участок нагревательных колодцев и обжимного стана — блюминга или слябинга 2, 3. При использовании в качестве исходного материала блюмов или слябов технологический процесс начинается с заго­товочных станов — непрерывного заготовочного стана 4 при сортовой прокатке или широкополосного стана горя­чей прокатки 5 при листовой прокатке. Последующие технологические операции получения проката одинаковы для обеих схем. При производстве сортового проката заготовка поступает на крупносортные и среднесорт­ные 9 станы, мелкосортные, проволочные 6 и штрип — совые 7 станы. Непосредственно из блюмов производится прокатка на рельсо-балочных и крупносортных станах 8. При листовом производстве заготовка поступает на одно — и многоклетевые станы холодной прокатки 10. На толстолистовых станах в качестве исходного материала используют слитки и слябы.

§ 5. Производство блюмов

Блюмом называется квадратная заготовка со скруг­ленными углами сечением до 400×400 мм.

В зависимости от сортамента блюмов, требуемой про­изводительности применяют одноклетьевые двухвалковые

1————————-

I

TTT V

I

-L-

T1 J_ T T J_ — L J_ J — I I ‘.Г 1

CE

ПАгП

РУ—

L^nmr

|/\|

П 2

11A’)

Jr—

I

O

1Iff -

S - , V/ i

! 1—I Ч ————— ! J[

Vfi

If

ПJ ЁГ7 |/\Л VT

T T

I

IVd

И

Tj

T i—‘ T ¦ T-L

Jf-IXITTIT- 1 I T T T I" I ‘J I I’I T I I

Рис. 142. План расположения оборудования блюминга 1300

Реверсивные и многоклетьевые блюминги. Наибольшее распространение получили одноклетьевые блюминги.

Современным обжимным станом является мощный автоматизированный одноклетьевой блюминг с диамет­ром валков 1300—1500 мм. На рис. 142 показана схема расположения оборудования блюминга 1300. Слитки из сталеплавильного цеха подаются в пролет нагреватель­ных колодцев 1 на платформах по железнодорожным путям. Нагретые до температуры прокатки слитки мас­сой 10—15 т мостовым краном с клещевым захватом извлекаются из нагревательных колодцев и передаются на платформу слитковоза 2. Четыре слитковоза, непре­рывно двигаясь по кольцевому пути, попеременно подхо­дят к приемному рольгангу 3 блюминга. Очередной слит — ковоз автоматически останавливается параллельно при­емному рольгангу, и слиток сталивается на ролики рольганга стационарным сталкивателем реечного типа. Подводящим и раскатным рольгангами 4 слиток транс — портируется к рабочей клети блюминга. В линии подво­дящего рольганга установлен поворотный стол — весы, которым слиток автоматически взвешивается и при необ­ходимости поворачивается в горизонтальной плоскости на 180°. Роликами рабочего рольганга слиток подводит-

Рис. 143. Калибровка валков блюминга

Ся к валкам рабочей клети 5. Рабочая клеть блюминга 1300 состоит из двух массивных стальных станин массой 105 т каждая. В узле станин на текстолитовых подшип­никах смонтированы валки диаметром 1300 мм и длиной бочки 2800 мм, изготовленные ковкой из хромоникелевой стали. Установка зазора между валками обеспечивается винтовым нажимным механизмом с электромеханичес­ким приводом, уравновешивание верхнего валка с подушками осуществляется рычажно-грузовым механиз­мом. Каждый валок приводится во вращение электро­двигателем постоянного тока МП-110—65 мощностью 6800 кВт, 0—60—90 об/мин через универсальные шпин­дели с вкладышами скольжения.

На рис. 143 показана калибровка валков блюминга. Прокатка слитка производится в первом широком ка­либре. По мере уменьшения сечения раскат передается в ящичные калибры II, III, IV (см. рис. 143). Если на блюминге прокатывают небольшое количество слябов, то первый калибр выполняют посередине валка для рав­номерного распределения усилия прокатки на левый и правый подшипники. Заданную ширину (до 1000 мм) обеспечивают пропуском сляба на ребро через ящичные калибры. За 9—13 пропусков через валки слитки про­катываются в блюмы сечением 300×300—370×370 мм. Кантовка раскатов перед нечетными пропусками и уста­новка их по длине бочки валка против нужного калибра обеспечиваются крюковым кантователем, встроенным в линейку манипулятора, и манипуляторами, установлен­ными с обеих сторон рабочей клети. Окалина, образо­вавшаяся на поверхности слитка в процессе нагрева, разрушается при первых пропусках через валки с не­большим обжатием и смывается водой. Под рабочей клетью имеется канал, по которому окалина потоком воды транспортируется в отстойную яму 6 (см. рис. 142). Прокатанные блюмы поступают на машину огневой зачи­стки 7, установленную после рабочей клети, и транспорт­ным рольгангом передаются на участок ножниц 8. На ножницах производится обрезь переднего и заднего концов блюма для удаления усадочной раковины и де­фектных концевых участков, а также резка блюма на мерные длины. Обрезь при прокатке углеродистой кипя­щей стали составляет 3—5 %, при прокатке спокойной стали — до 17,5 % от массы слитка. Обрезанные части блюмов попадают на конвейер, которым загружаются железнодорожные платформы. Для исключения пересор­тицы производится клеймение блюмов и обрези. Зачи­щенные и обрезанные блюмы по рольгангу 9 поступают для дальнейшей прокатки на непрерывный заготовоч­ный стан. На блюминге 1300 возможна прокатка слябов толщиной 100—200 мм и шириной до 1000 мм. Годовая производительность автоматизированного блюминга 1300 составляет 5,5—6 млн. т слитков. При специализирован­ном листовом производстве в качестве обжимного стана устанавливается слябинг с диаметром валков 1150— 1250 мм. В рабочей клети слябинга предусмотрены вер­тикальные валки, которые обеспечивают обжатие по ши­рине. На слябинге прокатывают слитки массой до 30 т в слябы толщиной 150—300 мм и шириной 1000— 1550 мм. Производительность слябинга составляет 6,5 млн. т слитков в год.

§ 6. Производство заготовок

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов в заготовки сортовых, проволочных и трубопро­катных станов. В зависимости от специализации загото­вочные станы прокатывают из блюмов сечением ЗООх X 300—370X370 мм: крупную сортовую заготовку квад­ратного сечения от 125X125 до 140X140 мм и блюмы сечением 200X200 мм; сортовую квадратную заготовку сечением от 80×80 до 120×120 мм; круглую заготовку диаметром 75—300 мм для трубопрокатных станов. На рис. 144 показана схема расположения оборудования не­прерывного заготовочного стана (НЗС) 900/700/500.

Блюмы без подогрева поступают на НЗС по рольган­гу 1. НЗС состоит из трех групп рабочих клетей. Номи­

Нальный диаметр валков по группам рабочих клетей ра­вен: 1 — 900 мм, II —700 мм и III —500 мм. Перед II и III группами рабочих клетей установлены кантователи 2 и 6. В линии отводящего рольганга S установлены нож­ницы усилием 8 MH для резания заготовок сечением 120X120 мм. После третьей группы рабочих клетей за­готовки сечением 60X60—80×80 мм поступают на холо­дильник 5. Как следует из рассмотренной схемы техно­логического процесса прокатки заготовки на НЗС 900/ /700/500, в каждой группе рабочих клетей прокатка осу­ществляется по принципу непрерывного процесса, и по­этому необходимо добиваться постоянства секундных объемов металла в группах клетей. При калибровке валков НЗС определяется постоянная калибровки: C= =FDpn(\-\-Sk), где F— площадь поперечного сечения прокатываемой полосы; Dp — рабочий диаметр валков;: п — число оборотов валков; Sh — опережение металлом валков.

Прокатка в непрерывных группах рабочих клетей без’ подпора или большого натяжения возможна только при равенстве постоянной калибровки всех клетей в каждой группе НЗС. Расстояние между группами рабочих кле­тей принимается несколько большим, чем длина раска­та, выходящего из последней клети предыдущей группы НЗС, и добиваться постоянства между группами клетей не требуется. Регулирование постоянной калибровки осуществляют изменением числа оборотов валков. Гиб­кая регулировка числа оборотов валков обеспечивается индивидуальным приводом каждой рабочей клети. За последней клетью НЗС установлены летучие ножницы 4, которыми заготовки режутся на мерные длины 8—12 м, Скорость выхода заготовок из третьей группы НЗС 5— 7 м/с. Разрезанные заготовки собираются в пачки на па­кетирующем рольганге и передаются на холодильники стана. После остывания заготовки осматривают, произ­водят удаление дефектов поверхности. Годовая произво­дительность НЗС 900/700/500 составляет ~5 млн. т.

Производство сортовой стали

На сортовых прокатных станах получают профили круглого сечения диаметром до 220 мм, квадратного се­чения со стороной квадрата от 8 до 220 мм, прямоуголь­ного сечения высотой от 4 до 60 мм и шириной от 12 до 350 мм, равнобокие и неравнобокие уголки с шириной полки от 16 до 250 мм, балки и швеллеры высотой до 300 мм, катанку диаметром 5—9 мм. Швеллеры и балки высотой до 600 мм прокатывают на рельсо-балочных станах и на специальных балочных прокатных станах высотой до 1000 мм, шириной полок до 420 мм.

§ 2. Калибровка валков

Калибровкой решаются следующие задачи: установ­ление числа пропусков; установление формы и размеров поперечного сечения полосы после каждого пропуска; последовательность чередования форм полосы. Прокат­кой получают простые (круг, квадрат, полоса и др.) и сложные (рельсы, балки, уголки и др.) по форме виды проката.

Прокатка сортовой и листовой стали производится при большем или меньшем числе пропусков через валки. При каждом пропуске через валки уменьшается пло­щадь поперечного сечения полос и при необходимости придается грубая форма конечному прокату. Прокатка листов и широкополосной стали производится на гладкой бочке валка. Калибровкой листовых валков определяет­ся профиль образующей бочки. При горячей прокатке бочка валков выполняется вогнутой, при холодной — вы­пуклой. Вогнутость компенсирует тепловое расширение бочки валка, выпуклость — прогиб валка от усилия про­катки.

Для получения необходимой формы проката на боч­ке валков сортовых прокатных станов нарезаются на вальцетокарных станках кольцевые проточки различной формы. Кольцевая проточка на одном валке называется ручьем. Ручьи двух валков образуют калибр. Форма ка­либров, используемая для получения проката простой формы,— квадрата, круга, показана на рис. 140, в, е, ж.

Овальные калибры применяют в сочетании с квадрат­ными и круглыми калибрами (рис. 140,6, в и др.), ром­бические калибры — в сочетании с квадратными калиб­рами (рис. 140, д). Прямоугольные (ящичные) калибры {I, II) используют для вытяжки металла на блюмингах, непрерывных заготовочных станах и черновых клетях сортовых станов.

В зависимости от назначения различают четыре груп­пы калибров: 1) вытяжные, служат для уменьшения пло-

Рис.

A S В з

140. Схема калибровки валков мелкосортного стана 250

Щади поперечного сечения; 2) подготовительные, произ­водят дальнейшее уменьшение площади поперечного се­чения и придают полосе грубую форму готового проката; 3) предчистовые, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и подготавливают получе­ние конечной формы проката; 4) чистовые, придают по­лосе окончательную форму.

Прокатка сортовой и листовой стали производится в несколько пропусков через валки. Распределение обжа­тий по пропускам производится с учетом усилия на вал­ки, мощности главного электродвигателя, прочности де­талей рабочей клети, условий захвата металла валками, пластичности металла. При прокатке литого металла об­жатие в первых проходах принимают небольшим, так как пластичность металла низка вследствие крупнозер­нистого строения. С учетом изложенных факторов доби­ваются возможно минимального числа пропусков. На рис. 140 схематично представлена калибровка валков мелкосортного стана 250. В зависимости от площади по­перечного сечения готового проката квадратная заготов­ка получает обжатие во всех 12 клетях (рис. 140, б, е). или только в восьми клетях при прокатке заготовки диа­метром 18—19 мм (X, в). На валках первых двух клетей нарезаны ящичные калибры. На валках рабочих клетей III, IV, V, VI нарезаны ручьи калибров системы овал — квадрат. На валках предчистовых и чистовых рабочих клетей нарезаны ручьи калибров, предназначенных для подготовки и получения круглого, квадратного и углово­го профилей.

§ 3. Контроль технологического процесса

В процессе металлургического производства осуще­ствляется плавочный контроль, контроль производствен­ных процессов, а также готовой продукции. Плавочным контролем устанавливается соответствие слитков данной плавки техническим условиям: определяется качество стали, соответствие качества стали для проката опреде­ленной продукции. На основании результатов плавочного контроля назначается технология прокатки слитков дан­ной плавки.

Контроль производственных процессов осуществляет­ся на участках: складирования слитков, заготовок; на­грева перед прокаткой; прокатки слитков на заготовку и заготовки на готовую продукцию; резки, правки загото­вок и готового проката; охлаждения после горячей прокатки и термической обработки; отделки, маркировки и сдачи готового проката. Контроль производственных процессов осуществляется на основании технологических инструкций каждого участка. Контроль готовой продук­ции устанавливает соответствие готового проката требо­ваниям ГОСТа или техническим условиям: по физичес­ким и механическим свойствам, по внутренним и поверх­ностным дефектам, по размерам и прямолинейности (плоскостности) проката и др.

§ 1. Подготовка слитков и заготовок к прокатке

В процессе разливки стали в изложницы, нагрева и прокатки слитков и заготовок образуются поверхност­ные дефекты, которые должны быть удалены. Основны­ми поверхностными дефектами слитков являются плены, образующиеся в результате разбрызгивания стали при разливке, трещины. Поверхностные дефекты удаляют до (первый вариант) или после (второй вариант) прокатки. Слитки, охлажденные перед посадкой в нагревательные колодцы, осматривают, и обнаруженные поверхностные дефекты удаляются. С поверхности слитков, поступаю­щих горячими для посадки в нагревательные колодцы, дефекты не удаляют перед прокаткой. В зависимости от требований, предъявляемых к качеству поверхности го­тового проката, принимают первый или второй вариант. Глубина поверхностных дефектов на заготовках состав­ляет 2—3 мм, и дефектный слой подлежит выборочному или сплошному удалению. Применяют следующие спо­собы удаления поверхностных дефектов: сжигание на определенную глубину дефектного поверхностного слоя; строжку, обдирку на токарных станках; вырубку пнев­матическими зубилами и специальными машинами; за­чистку наждаками. Для сжигания дефектного поверхно­стного слоя применяют автогенные резаки при выбороч­ном удалении дефектов и машины огневой зачистки при сплошном удалении дефектной поверхности.

19*

299

Как указывалось выше, основная масса слитков по­ступает в нагревательные колодцы в горячем состоянии, и, следовательно, перед прокаткой поверхностные дефек­ты удалить невозможно. В связи с этим современные об­жимные прокатные станы оборудуют машинами огневой зачистки для сплошного удаления дефектов в потоке. После окончания прокатки заготовки в горячем состоя­нии подаются в машины огневой зачистки, в которых од­новременно со всех сторон газорежущими блоками сжи­гается слой металла толщиной 1,5—2,5 мм. Подготовка широкополосной заготовки перед холодной прокаткой за­ключается в удалении окалины, образовавшейся на по­верхности металла. Удаление окалины с поверхности по­лос углеродистых сталей осуществляется в растворе сер­ной кислоты. Активный процесс растворения окалины происходит при содержании серной кислоты 26 % и тем­пературе раствора ~95°С. Травление горячекатаной ши­рокополосной стали производят в непрерывных травиль­ных агрегатах. Катанку и сортовой металл, предназна­ченный для дальнейшего волочения, травят в специальных баках.

Г л а в а XVI. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОКАТКИ

Технология прокатки включает: подготовку слитков и заготовок к прокатке; определение режима нагрева в за­висимости от химического состава стали и сечения заго­товки; определение режима деформации (калибровка); вопросы охлаждения стали после прокатки; поопераци­онный и конечный контроль качества проката.

§ 5. Вспомогательное оборудование прокатных станов

В современном прокатном цехе основные и вспомога­тельные операции механизированы и в большинстве слу­чаев автоматизированы. Транспортировка металла обес­печивается рольгангами, цепными и канатными транс­портерами, кранами со специальными захватами. Для ре­зания металла устанавливают летучие (режущие металл в процессе движения) и стационарные ножницы; прямо­линейность сортового и плоскостность листового проката обеспечивается роликовыми и растяжными правильными машинами; для сворачивания длинномерного проката в рулоны служат моталки и свертывающие машины.

Рольганги. Транспортировку слитков и заготовок от нагревательных печей, задачу в валки и прием выходя­щей из валков полосы, передачу готового проката к вспо­могательному оборудованию осуществляют рольгангами. Различают рабочие, обеспечивающие подачу металла в валки и прием его из валков, и транспортные рольганги. По конструктивному исполнению рольганги разделяют на двухопорные и консольные. Привод рольгангов вы­полняют групповым и индивидуальным. В некоторых слу­чаях привод не предусматривается и прокат по наклон­ному рольгангу перемещается под действием силы тя­жести. Ролики рольгангов выполняют коваными, свар­ными, литыми. В качестве опор роликов применяют ци­линдрические, сферические и конические роликовые под­шипники. Расстояние между осями соседних роликов называется шагом рольганга. Шаг роликов t для обжим­ных станов можно определить из соотношения t^l/2, где I — длина слитка (раскатка).

Наряду с рольгангами, являющимися основными транспортными средствами в прокатных цехах, применя­ют другие средства перемещения проката: ценные и ка­натные шлепперы, роликовые и реечные холодильники, мостовые краны.

Манипуляторы и кантователи. При прокатке на об­жимных и сортовых прокатных станах центрирование полосы против рабочей части бочки валка обеспечивается манипуляторами различной конструкции. Наиболее сложными по конструкции являются манипуляторы блю­мингов и слябингов, которые выполняют следующие опе­рации: перемещение полосы вдоль образующей бочки валка и фиксирование ее в определенном положении, кантовку ее на 90° относительно продольной оси, выпрям­ление изогнутых в результате неравномерной деформа­ции полос. На рис. 134 показана схема расположения манипулятора обжимного стана. С передней и задней стороны рабочей клети 1 установлены два манипулятора. Каждый манипулятор состоит из двух массивных лине­ек 2, на одной из которых выполнены пазы для установ­ки крюков кантователя. На длине линейки устанавлива­ется несколько крюков (на схеме не показаны). Линейки перемещаются зубчатыми рейками 3 и 4, привод которых осуществляется тихоходными двигателями 5. Кантовка слитка (заготовки) производится следующим образом (условный разрез правой линейки). При перемещении планетарным механизмом рейки 6 влево происходит по­ворот оси 7, на которой жестко закреплены двуплечие— рычаги 8 (условно показан один). Одно плечо рычага шарнирно соединено с рейкой 6, а второе — через серьгу

С крюком кантователя 9. При повороте оси 7 по часовой стрелке все крюки кантователя 9, одновременно подни­маясь в пазах линейки вверх, повернут слиток против часовой стрелки, в это время вторая линейка манипуля­тора поддерживает слиток при кантовке.

На заготовочных и сортовых прокатных станах для кантовки заготовок применяют кантующие втулки, при­вод которых осуществляется от электродвигателей. Кан­тующая втулка имеет отверстие, соответствующее по фор­ме сечению прокатываемой полосы. При входе заготовки в отверстие кантующая втулка поворачивается, а заго­товка, повернутая вокруг продольной оси на 45 или 90°, продолжает движение к следующей прокатной клети. 4

Ножницы и пилы. В прокатных цехах в линии произ­водства и отделки проката устанавливают ножницы раз­личного типа. После прокатки слитка на блюминге или слябинге отрезают дефектную прибыльную часть, затем блюмы и слябы режут на мерные длины. При листовой и сортовой прокатке устанавливают летучие ножницы, которыми на ходу отрезают передний конец полосы, раз­резают на мерные длины. Большое число ножниц раз­личных типов устанавливают в линиях продольной и по­перечной резки готового проката. По конструкции ре­жущего механизма различают следующие типы ножниц (рис. 135). Ножницы с параллельными ножами, ножни­цы с одной (гильотинные) и двумя (шевронные) наклон-

Рис. 135. Схемы резания металла иа ножницах с параллельными режу­щими кромками (а), с наклонными режущими кромками (б, в) и ди­сковых (г)

BWr

Т

Rh

Ными режущими кромками, дисковые ножницы. В неко­торых случаях нож выполняется по форме поперечного сечения проката.

По режиму резания различают ножницы стационар­ного резания и летучие, разрезающие движущийся ме­талл. Ножницы с параллельными режущими кромками применяют для горячего резания сортового проката и резания в холодном состоянии мелкосортных профилей. Ножницы с гильотинным и шевронным режущим меха­низмом используют для резания листов в горячем и хо­лодном состоянии. Дисковые ножницы применяют для удаления дефектных кромок полосового и ленточного проката и резания его на более узкие полосы.

По конструктивному исполнению режущий механизм выполняют движущимся поступательно в вертикальной плоскости или вращающимся. Резание металла осущест­вляется при поступательном движении ножей в верти­кальной плоскости или вращающимися по круговой (эл­липтической) траектории ножами. Ножницы с поступа­тельным движением режущего механизма состоят из сле­дующих основных узлов (рис. 136, а): эксцентрикового приводного вала 1, нижнего 2 и верхнего 3 суппортов, в которых установлены ножи 4, двух шатунов 5, смонти-

Рис. 136. Схемы ножниц с поступательным движением режущего механизма (а) и барабанных (б)

Рованных на эксцентриковом валу 1 и соединенных с нижним суппортом 2 при помощи вала 6. При повороте эксцентрикового вала 1 по часовой стрелке опускается верхний суппорт 3 до упора с разрезаемым металлом, лежащим на роликах рольганга. При дальнейшем вра­щении эксцентрикового вала верхний суппорт 3 оста­навливается, поднимается нижний суппорт 2 и разреза­ет металл ножами.

Привод эксцентрикового вала 1 осуществляется от электродвигателя через универсальный шпиндель и ре­дуктор. Ножницы для резания блюмов и слябов разви­вают усилия резания до 25 MH. Схема барабанных лету­чих ножниц, применяемых для горячей и холодной рез­ки стальных полос и горячей резки мелкосортных про­филей, показана на рис. 136, б. Ножницы состоят из двух барабанов 1, по образующим которых закреплены ножи 2. Режущие кромки ножей движутся по круговым тра­екториям и при встрече в зоне резания разрезают поло­су. При непрерывном вращении барабанов ножи при каж­дом обороте будут отрезать полосы длиной

L = 2nRH (v0/vH); где R„ — радиус траектории режущих кромок ножей.

Полосы указанной длины будут получаться при ра­венстве скорости движения полосы у0 и линейной скоро­сти режущей кромки ножей Vn. Устанавливая по окруж­ности каждого барабана два ножа и более, можно по­лучать различные длины полос. Изменения длин отреза­емых полос можно достичь также изменением соотноше­ния скоростей полосы и ножей, установкой барабанов разных диаметров.

Процесс резания. Резание металла происходит в ре­зультате сдвига одной части полосы относительно дру­гой. Началу сдвиговой деформации предшествует внед­рение (вмятие) в металл режущих кромок ножей. Про­цесс резания завершается хрупким отрывом частей раз­резаемой полосы. На плоскости резания видны зоны вне­дрения ножей в металл высотой hB, сдвиговой деформа­ции высотой hc и хрупкого отрыва высотой fi0. Отноше­ние высоты внедрения ножей в металл к исходной толщи­не разрезаемой полосы h называется коэффициентом внедрения sB = hB/h. Отношение высоты, соответствующей разрезанному сечению, к исходной толщине называется коэффициентом относительно надреза eH = hQ/h.

Экспериментальное измерений усилия резания на ножницах с параллельными ножами показывает, что к моменту окончания внедрения ножей в металл усилие достигает наибольшего значения. При дальнейшем сбли­жении ножей начинает действовать сдвиговый механизм резания, и усилие резания снижается пропорционально уменьшению площади сечения полосы в плоскости. Наи­большее значение усилия резания определяется форму­лой, MH:

Где k — коэффициент, учитывающий повышение усилия резания вследствие притупления ножей и увеличения бо­кового зазора между ними; т — удельное сопротивление сдвигу, МПа; Fc = h( 1—ев)й — площадь сдвига, м2; b— ширина разрезаемой полосы.

При резании на гильотинных ножницах усилие резания определяется по формуле А. А. Кальменева:

P =kx О —eB)eH/t26 Г ен H + B tg а

При а = 0 усилие резания наибольшее и равно усилию при резании на ножницах с параллельными режущими кромками. По мере увеличения угла наклона режущей кромки усилие резания уменьшается. Угол наклона ре­жущей кромки в зависимости от толщины разрезаемого листа принимается равным 0°30′—6°. Большей толщине листа соответствует больший угол.

Правильные машины. После прокатки металл обыч­но получается с некоторой кривизной или коробовато-

При упруго-пластическом изгибе (б)

Стью (непланшетностью). Кривизна или коробоватость проката появляется также в процессе охлаждения горя­чего металла и термической обработки металла. Для устранения кривизны и коробоватости прокат подверга­ют правке на правильных машинах. Применяют роли­ковые и растяжные правильные машины, а также пра­вильные прессы. По назначению различают сорто — и лис — топравильные машины. Процесс правки металла сопро­вождается пластической деформацией — знакоперемен­ным пластическим изгибом или пластическим растяже­нием. Основная масса проката подвергается правке на роликовых машинах, которые имеют высокую производи­тельность благодаря механизации процесса и его непре­рывности.

Роликовую правильную машину выполняют в виде двух рядов роликов (рис. 137, а). Оси верхнего ряда ро­ликов смещены по отношению к осям роликов нижнего ряда на половину шага (t/2). Образующие поверхности верхних роликов перекрывают по вертикали образую­щие роликов нижнего ряда. Основными параметрами ли — стоправильных машин считают диаметр роликов, длину бочки роликов L, шаг роликов t, толщину листов, под­вергаемых правке. Для сортоправильных машин наряду с высотой указывается момент сопротивления изгибу сечения проката. Диаметр роликов d правильных машин принимается в зависимости от толщины выправляемого листа. Большей толщине листов соответствуют большие диаметры роликов правильных машин. На практике при­нимают диаметр роликов листоправильных машин в пре­делах от 70 до 500 мм. Шаг роликов в одном ряду опре­деляют по отношению t= 1,1 d.

Число роликов в правильной машине также зависит от толщины выправляемого листа. Для правки тонких ли­стов (0,25—4 мм) применяют семнадцатироликовые ма­шины, при правке толстых листов (4—50 мм) пяти-, де- вятироликовые.

Процесс правки. В основе процесса правки на роли­ковых правильных машинах лежит знакопеременный из­гиб выправляемой полосы. Ролики правильной машины устанавливают таким образом, что наибольшую дефор­мацию изгиба полоса испытывает под вторым роликом. По ходу правки стрела прогиба уменьшается, и полосе придается прямолинейность. При изгибе эпюра распре­деления напряжений по сечению выправляемой полосы состоит из двух зон (рис. 137, б). В центральной зоне высотой у напряжения меньше предела текучести, и ве­личина напряжений на этом участке определяется нак­лонной прямой. В крайних частях, ближе к поверхности полосы, имеет место зона пластической деформации, на­пряжения по высоте зоны постоянны и равны пределу текучести.

В зависимости от величины стрелы прогиба и механи­ческих свойств выправляемого материала высота упру­гой зоны составляет: у= (0,25ч-0,75)ft.

Моталки и разматыватели. Для сматывания длинно­мерного полосового проката в рулоны применяют мотал­ки следующих типов: роликовые барабанные для горячей полосы, барабанные для холодной полосы, свертывающие для горячей и холодной полосы.

Для сматывания в бунты мелкосортного проката и катанки применяют моталки со стационарным и враща­ющимся бунтом. При сматывании полосы в рулон и про­фильного проката в бунты происходит их упруго-пласти­ческий изгиб; следовательно, для определения момента, требуемого для изгиба, можно воспользоваться форму­лой Mra=ат(Wy-sTWn), где Wy = by2/6 — момент сопро­тивления упругому изгибу сечения высотой у, Wn = = b(h—у)2/4—момент сопротивления пластическому из­гибу сечения высотой h—у.

На листопрокатных станах при помощи моталок со­здается натяжение, применяемое для снижения усилия металла на валки и удержания полосы по оси симметрии бочки валка. В общем случае мощность привода моталки расходуется на упруго-пластический изгиб и создание технологического натяжения. Роликовая барабанная мо­талка (рис. 138, а) состоит из барабана 1, формирую­щих роликов 2, пневматических цилиндров 3, обеспечи­вающих перемещение формирующих роликов по мере


А

J г

Рис. 138. Схемы восьмироликовой барабанной моталки (а) и намоточно-раз — моточных устройств реверсивного стана (б)


Увеличения диаметра рулона, проводок 4. Полоса из по­следней рабочей клети широкополосного стана рольган­гом транспортируется к подающим роликам 5 моталки. Подающие ролики захватывают полосу и направляют ее под углом вниз в приемные проводки роликовой бара­банной моталки. Формирование рулона происходит вследствие пластического изгиба полосы формирующими роликами вокруг барабана моталки. Барабан моталки и формирующие ролики имеют раздельный привод. Для об­легчения снятия плотно смотанного рулона барабан мо­талки выполнен с изменяющимся диаметром. После ¦окончания сматывания полосы диаметр барабана умень­шается, и рулон легко снимается в осевом направлении. ¦Снятие рулона с барабана производится тележкой-съем­ником, которая имеет гидравлический цилиндр подъема рулона. Роликовые барабанные моталки широкополос­ных станов устанавливаются ниже уровня рольганга. Вы­ходящую из последней клети широкую полосу принима­ют две попеременно работающие моталки. В то время как одна из моталок принимает полосу, со второй сфор­мированный рулон снимается тележкой-съемником, и мо­талка приводится в рабочее состояние.

Широкополосные прокатные станы оборудованы тре­мя моталками, две из которых попеременно работают, принимая полосу, а третья является резервной. Для сма­тывания в рулон полос на прокатных станах холодной прокатки применяют барабанные моталки. На реверсив­ных одноклетевых станах барабанные моталки устанав­ливают с обеих сторон рабочей клети (рис. 138,6). В за­висимости от направления прокатки одно из устройств выполняет роль моталки, другое — разматывателя. При реверсе прокатного стана назначение устройств меняет­ся. Последовательность работы на одноклетевом стане следующая. Рулон подготовленной к прокатке полосы, устанавливается на разматыватель 2, конец полосы отги­бается и задается в валки рабочей клети 3. Вышедшую из валков полосу закрепляют на барабане 1 правой мо­талки и производят прокатку. Не пропуская задний конец полосы через валки, осуществляют реверсирование и сматывают на левую моталку. В зависимости от общей вытяжки металла прокатку повторяют несколько раз. Снятие рулона производят в такой же последовательно­сти, как и на роликовых барабанных моталках: умень­шают диаметр барабана, рулон поднимают тележкой — съемником и снимают в осевом направлении. На много — клетьевых прокатных станах прокатку производят в одном направлении, поэтому устанавливают одну бара­банную моталку, а на входной стороне стана—разматыва — тели. Барабанные моталки создают удельное натяжение полосы до 0,8 ат при прокатке тонких лент. При прокатке полос толщиной 2—4 мм удельное натяжение полосы со­ставляет (0,1—0,3) от.

297

Современные мелкосортные и проволочные прокат­ные станы оборудуют моталками, работающими по прин­ципу укладки проката в неподвижный бунт (рис. 139,а). Катанка диаметром 6—10 мм сверху вниз по трубке и пустотелому валу 1 поступает на вращающийся конус 2. Вращающимся конусом катанка или мелкосортный про­кат укладывается витками вокруг пальцев 3. Смотанный бунт поднимается до уровня пола и сталкивается толка­телем 6 на пластинчатый транспортер. Механизм подъе­ма бунта состоит из вала 5, имеющего привод вертикаль­ного перемещения, и платформы 4, укрепленной на конце вала. С пластинчатого транспортера бунты специаль­ным устройством навешиваются на крюковой конвейер — холодильник. Для уборки узкого полосового проката (штрипса) и холодной полосы после травления применя­ют свертывающие машины. В отличие от моталок в свер­тывающих машинах образование рулона происходит не наматыванием на барабан, а изгибом роликами. Сверты-

19—398

Вающая трехроликовая машина (рис. 139,6) состоит из двух подающих роликов 1, которыми полоса затягивает­ся в машину. Исходная кривизна полосы получается при гибке ее в трехроликовом гибочном узле 2. Передний ко-

Где вследствие исходной кривизны, полученной в трех — роликовой системе, сматывается в рулон, опирающийся на два поддерживающих ролика 3.

Разматыватели. При производстве тонких листов ру­лонным способом возникает необходимость разматыва­ния рулонов перед травлением в непрерывных травиль­ных агрегатах, перед холодной прокаткой на реверсивных и многоклетьевых прокатных станах, на линиях про­дольной и поперечной резки. Разматыватели выполняют двухконусиыми или барабанными по типу барабанных моталок. Двухконусный разматыватель состоит из двух конусов, валы которых смонтированы на подшипниках в подвижных бабках. Рулон подается на подъемный стол и поднимается до совмещения его оси с осью конусов. При сближении конусы входят в отверстие рулона и зажима­ют его своей поверхностью, конец рулона отгибается и задается в валки прокатного стана.

§ 4. Оборудование главной линии прокатного стана

Рабочая клеть. Основным и наиболее ответственным элементом главной линии является рабочая клеть, ко­торая состоит из узла станин, узла валков с подшипни­ками, нажимного механизма, устройства для осевого фиксирования валков, направляющих линеек и про­водок.

Узел станин. Все узлы и детали собираются в рабо­чую клеть на базе узла станин. Узел станин в значи­тельной степени определяет точность проката, и к нему предъявляются повышенное требования по прочности и жесткости.

Конструктивно узел станин выполняется из двух ста­нин открытого или закрытого типа. Монолитный узел станин используют для многовалковых рабочих клетей. Станина закрытого типа выполняется в виде массивной жесткой рамы и состоит из следующих элементов (рис. 130): верхней 2 и нижней 5 поперечин, двух/боко­вых стоек 3, представляющих собой одно целое с по­перечинами. Внутреннее пространство, образованное поперечинами и стойками, называется окном станины. В окне станины монтируются валки с подшипниками. В утолщении верхней или нижней поперечины выполня­

Ется расточка 1 для нажимной гайки или гидравлическо­го цилиндра нажимного механизма. Две станины между собой связаны в узел станин при помощи массивных верхней и нижней траверс 6. В нижней части каждой станины имеются приливы (лапы), при помощи которых узел станин крепится к плитовинам 4.

18*

283

Валки прокатных станов подразделяются на сорто­вые и листовые, рабочие и опорные. Рабочие валки про­изводят деформацию металла и придают ему необходи­мую форму, опорные валки служат опорой для рабочих. Так, в двадцативалковой рабочей клети два валка не­большого диаметра являются рабочими, а остальные 18 — опорными, обеспечивающими большую жесткость валковой системы. Прокатный валок состоит из сле­дующих элементов (рис. 131): рабочей части 1, ко­торая называется бочкой, шеек 2, через которые про­катный валок опирается на подшипники, приводных кон­цов 3, через которые прокатные валки приводятся во вращение. Прокатные валки листовых станов выполня­ются с цилиндрической бочкой. Для горячей прокатки образующая бочки выполняется вогнутой для компен­сации теплового расширения валка в рабочем состоянии, для холодной прокатки — выпуклой с целью компенса­ции прогиба валка от

Рис. 131. Рабочий валок прокатного стана: л — листового; б — сортового

1 2 J

Усилия прокатки. На цилиндрической бочке сортовых валков наре­заются кольцевые про­точки (ручьи), форма которых соответствует профилю прокатывае­мой полосы. Валки станов горячей прокат­ки делают из чугуна, стали или металлоке­рамики. Чугунные вал­ки получают литьем, стальные — литьем и ковкой. Чугунные валки с отбе­ленной поверхностью и модифицированные магнием из­носостойки, но недостаточно прочны. Коэффициент тре­ния между прокатываемым металлом и поверхностью чугунных валков на 20 % меньше, чем при прокатке на стальных валках, что улучшает качество поверхности проката. Стальные валки дороже чугунных и применя­ются в тех случаях, когда прочность чугунных недоста­точна (блюминги, обжимные клети сортовых станов, толстолистовые и др.). Для станов холодной прокатки валки должны быть прочными и иметь высокую твер­дость поверхности.

Для чистовых клетей листо — и сортопрокатных ста­нов горячей прокатки применяют чугунные валки (3— 3,5 % С; 0,4—0,7 % Mn; 0,5 % Si) с пределом прочности — CTb=350—400 МПа. Поверхностный слой на глубину до 0,1 диаметра валка содержит карбиды железа и имеет * твердость HSh 55—75. Валки блюмингов, толстолисто­вых станов выполняют коваными из стали марок 50, 50Х, 50ХН с пределом прочности 500—600 МПа. Валки листовых станов холодной прокатки изготавливают из стали марок 9Х, 9X2, 9ХФ, 9Х2В, 65ХНМ, имеющей пос­ле закалки и отпуска предел прочности 700—900 МПа и твердость поверхности до HSh 85—100.

Подшипники прокатных станов. В качестве узлов трения в прокатных станах применяют подшипники скольжения открытого и закрытого типов, подшипники качения. Открытые подшипники скольжения применя­ют в обжимных, сортовых, толстолистовых и других станах. В качестве узла трения используют неметалли­ческие (текстолит, прессованная древесина) и металли­ческие (бронза) вкладыши.

Чаще других материалов в подшипниках открытого типа применяют вкладыши из текстолита. Узел подшип­ника состоит из подушки, подвески, текстолитовых вкла­дышей. Усилие прокатки воспринимается подушкой, в которой закреплены текстолитовые вкладыши, имеющие большую поверхность контакта с шейкой валка. Допол­нительные верхние и нижние вкладыши устанавливают­ся небольшой ширины, так как воспринимают только массу валка. Смазкой и охлаждающей жидкостью для подшипников на текстолитовых вкладышах является вода или эмульсия. Недостатком подшипников открыто­го типа является быстрый их износ, небольшая жест­кость (1,5 МН/мм), что определяется небольшим значе­нием модуля упругости материала. Значительного уве­личения срока службы и жесткости узла можно достичь установкой в качестве опор подшипников качения и под­шипников жидкостного трения (ПЖТ). В общем случае на прокатный валок действуют радиальная и осевая на­грузки. Радиальная нагрузка воспринимается четырех­рядным подшипником большой грузоподъемности, осе­вая воспринимается тем же подшипником благодаря применению конических роликов (рис. 132,а). Наруж­ным кольцом радиальный подшипник 1 установлен в подушке 2, внутреннее кольцо установлено на шейке валка 3 с гарантированным натягом, исключающим его проворачивание. В осевом направлении от смещения подшипники зафиксированы полукольцами 4, находя­щимися в кольцевой проточке, и навернутой на них гай­кой 5. Роликовые подшипники смазываются и охлажда­ются масляным туманом или жидким маслом, прокачи­ваемым через подшипник.

Подшипник жидкостного трения монтируется в по­душке 6 (рис. 132,6). Втулка-цапфа 7 установлена на конической шейке валка. От осевого смещения втулка — цапфа фиксируется так же, как и подшипник качения, от проворачивания относительно поверхности шейки втулку удерживают шпонки. Жидкостное трение осуще­ствляется между поверхностями втулки-цапфы 7 и втул — ки-вкладыша 8. Поверхности втулки-цапфы и втулки — вкладыша покрыты высокооловянистым баббитом Б83 и обработаны с большой чистотой. Жидкостное трение возникает при взаимном перемещении поверхностей, разделенных слоем машинного масла, в результате эф­фекта образования гидродинамического масляного клина.

6 8

Рис. 132. Конструкции подшипников прокатных станов: а — четырехрядный с коническими ролнкамн; б — ПЖТ

Нажимной механизм. Для установки строго опреде­ленного расстояния между образующими валков приме­няют электромеханические, гидравлические и комбини­рованные нажимные механизмы. Нажимной механизм прокатного стана должен обеспечивать высокую надеж­ность и долговечность при нагрузке до 51 MH, достаточ­ную жесткость, быстродействие, высокую разрешающую способность. В зависимости от типа стана и требований по точности к прокату выбирают тот или иной тип на­жимного механизма. Например, нажимной механизм блюминга должен обеспечивать быструю установку вал­ков при частых и больших перемещениях верхнего вал­ка; на прокатных станах холодной листовой прокатки перемещения валка незначительны, но нажимной меха­низм должен обеспечивать установку с точностью до> сотых долей миллиметра. В первом случае устанавлива­ется не обладающий большой жесткостью, но высоко­скоростной (скорость перемещения валка 100—250 мм/с электромеханический нажимной механизм, во втором случае — электромеханический или гидравлический на­жимной механизм большой жесткости —152 МН/мм с небольшой скоростью перемещения верхнего валка <0,05—1,0 мм/с).

Электромеханический нажимной механизм включает основной узел, состоящий из нажимной гайки и нажим­

Ного винта. Гайки нажимных механизмов делают из ли­той бронзы или антифрикционного чугуна, нажимные винты — из кованой стали, имеющей предел прочности 610—760 МПа.

Резьбу нажимных винтов и гаек выполняют однохо- довой упорной или трапецеидальной. Нажимная гайка неподвижно устанавливается в круглой расточке по­перечины станины. Привод нажимного винта осущест­вляется через редуктор от электродвигателя.

Нажимные винты при вращении будут выворачивать­ся или вворачиваться в нажимную гайку и совершать поступательное движение вверх или вниз. Прокатный валок, опирающийся через подшипники и подушки на торец нажимного винта, также будет совершать переме­щения в вертикальном направлении, следуя за винтом.

Шпиндели. Для передачи крутящего момента к вал­кам рабочей клети применяют универсальный и зубча­тые шпиндели. Универсальные шпиндели позволяют передавать крутящий момент до 5100 кН-м при угле наклона оси шпинделя до 10°. Зубчатые шпиндели при­меняют при углах наклона до 2°. Универсальный шпин­дель состоит из вала 1 (тело шпинделя) (рис. 133), двух головок 2, в конструкцию которых положен принцип шарнира Гука. Шарнирная головка образуется ло­пастью 3, соединенной с валками рабочей (шестерен­ной) клети, вилкой шпинделя 4, выполненной с цилинд­рической расточкой, бронзовыми вкладышами 5 и суха­рем 6. Универсальные шпиндели для передачи небольших крутящих моментов (5 Гн-м) выполняют с шарнирами на роликовых подшипниках.

Шестеренные клети и редукторы. Для разделения крутящего момента главного электродвигателя на два, три и четыре приводных валка служат шестеренные кле­ти. Основным узлом шестеренных клетей является узел шестеренных валков. Шестеренный валок (шестерня) состоит из тех же элементов, что и прокатный валок — бочки, двух шеек и приводных концов. На цилиндриче­ской поверхности шестеренного валка выполняют (дол- бяком, пальцевой фрезой и т. д.) шевронные зубья. Угол наклона шевронных зубьев на делительном цилиндре шестерни равен 30°; профильный угол эвольвенты в тор­цовом сечении а=20°; число зубьев Z = 18—29. Диаметр начальной окружности шестерни (do) шестерной клети принимается для большинства прокатных станов рав­ным среднему арифметическому значению диаметра но­вых и переточенных валков. Ширина шестеренных вал­ков зависит от максимального крутящего момента, пере­даваемого шестеренной клетью. По отношению ширины бочки валков b к диаметру начальной окружности do различают три группы шестеренных клетей: узкие b/do= 1-ь 1,25; средние b/d0= 1,6-^-2,0; широкие b/d0= = 2,0-2,5.

Для изготовления шестеренных валков применяют стали 45, 40ХН.

§ 1. Главная линия прокатного стана

Прокатным станом называют совокупность оборудо­вания, предназначенного для пластической деформации в приводных прокатных валках, транспортировки, от­делки и упаковки проката. Главная линия, включающая рабочую клеть, шпиндели, муфты, электродвигатель, входит в состав основного оборудования. Основное обо­рудование одноклетевого стана состоит из оборудования одной главной линии; в состав основного оборудования непрерывного многоклетевого прокатного стана входит несколько главных линий.

В общем случае главная линия прокатного стана со­стоит из рабочей клети, шпинделей, шестеренной клети, редуктора, электродвигателя и муфт. Рабочая клеть и электродвигатель являются обязательными элементами, присущими всем прокатным станам. Главные линии не­которых прокатных станов не содержат отдельных эле­ментов. Главная линия современного блюминга включа­ет рабочую клеть, шпиндели и два электродвигателя. Главная линия современного высокоскоростного прово­лочного стана состоит из рабочей клети и электродвига­теля. Схема главной линии прокатного стана показана на рис. 128, а. Как правило, на планах расположения оборудования прокатных цехов главная линия условно

Изображается одним прямоугольником при горизонталь­ном расположении валков в рабочей клети или двумя окружностями при вертикальном расположении валков. Вспомогательное оборудование включает рольганги,

P

Ф

IIIII

<7

Ннь

Рис. 128. Схемы расположения рабочих клетей прокатных станов

Транспортеры, кантователи, манипуляторы, ножницы, правильные машины, моталки и разматыватели, уклад­чики и др. Кроме этого в прокатных цехах имеются тра­вильные агрегаты, термическое оборудование, оборудо­вание для лужения и цинкования и др.

§ 2. Классификация прокатных станов

По назначению. В зависимости от вида проката, по­лучаемого на прокатном стане, различают следующие: обжимные, листовые прокатные станы, сортовые про­катные станы, прокатные станы специального назначе­ния. По термомеханическому режиму обработки метал­ла различают станы горячей и холодной прокатки.

M -

Листовые прокатные станы горячей прокатки под­разделяют на подгруппы: толстолистовые, широкополб — совые, тонколистовые. Листовые станы холодной про­катки включают: одно — и многоклетевые листовые про­катные станы, жестепрокатные и многовалковые прокатные станы. Сортовые прокатные станы подразде­ляются на заготовочные, рельсо-балочные, крупносорт­ные, среднесортные, мелкосортные, проволочные и штрипсовые (полосовые) прокатные станы. К группе специальных станов относятся колесопрокатные, станы периодической поперечно-винтовой прокатки.

По расположению рабочих клетей. По количеству и расположению рабочих клетей различают следующие пять групп: одноклетьевые, линейные, последователь­ные, полунепрерывные и непрерывные прокатные станы (см. рис. 128). К группе одноклетьевых прокатных ста­нов (см. рис. 128, а) относятся блюминги, слябинги, толстолистовые и универсальные прокатные станы. Линейные прокатные станы (см. рис. 128,6) (рельсо — балочный) включают несколько рабочих клетей, уста­новленных в линию. Каждая линия такого стана имеет индивидуальный привод. В прокатных станах с последо­вательным расположением (см. рис. 128, в) (крупно­сортные, среднесортные, толстолистовые) рабочие клети устанавливают одну за другой на расстоянии, превыша­ющем длину полосы, выходящей из смежных клетей. Особенностью непрерывных прокатных станов (см. рис. -128,(3) является одновременная прокатка полосы в не­скольких или во всех рабочих клетях. Полунепрерывные прокатные станы (см. рис. 128, г) включают элементы расположения рабочих клетей последовательного и не­прерывного типов.

§ 3. Классификация рабочих клетей прокатных станов

По числу и расположению валков рабочие клети подразделяются на двухвалковые, трехвалковые, четы — рехвалковые, шестивалковые, двенадцативалковые и т. д., клети с вертикально расположенными валками, с валками, расположенными под углом к горизонту, универсальные (рис. 129). Универсальная рабочая клеть объединяет две клети — двух — и четырехвалковую клеть с горизонтально расположенными валками и клеть с вертикально расположенными валками.

281

В зависимости от режима работы рабочие клети раз­деляют на нереверсивные, работающие с постоянным направлением вращения валков, и реверсивные, меняю­щие направление вращения валков после каждого про­хода металла. Реверсивные рабочие клети применяются в том случае, когда прокатываемый металл необходимо

18—398 подвергнуть обжатию несколько раз в данной клети (блюминги, слябинги, черновые клети сортовых и широ­кополосовых станов, толстолистовые станы).


Е

¦Ф, m Д1

TOC \o "1-3" \h \z I!

( WW-»- I

Itr ш

Ж 3


Рис. 129. Классификация рабочих клетей в зависимости от числа и располо­жения валков:

А — двухвалковая; б — трехвалковая; в — четырехвалковая; г — шестивалковая; д — двенадцативалковая; е — двадцативалковая; ж — с вертикальным распо­ложением валков; з — универсальная; и — с расположением валков под углом к горизонту

§ 6. Нагрев заготовок

Исходным материалом для прокатки сортовой стали являются заготовки в основном квадратного сечения различных размеров. Масса и размеры поперечного се­чения заготовок для каждого прокатного стана опреде­ляются в зависимости от размеров и формы готового проката, техническими данными основного и вспомога­тельного оборудования прокатного стана. Линейные раз­меры заготовки, масса и химический состав стали явля­ются исходными данными для выбора технологии прокатки и определения параметров нагревательных методических печей и их конструкции.

Производительность прокатного стана и технико-эко — номические показатели его работы при прочих равных условиях зависят от массы заготовки. Чем больше мас­са заготовки, тем больше производительность прокатно­го стана, лучше технико-экономические показатели. Большая масса может быть получена в результате уве­личения линейных размеров заготовки. На действующих прокатных станах длина заготовки ограничивается ши­риной рабочего пространства печи, площадь поперечного сечения — техническими данными прокатного стана. За­готовки наибольшей массы используют на современных непрерывных прокатных станах. Масса заготовки для рельсо-балочного и крупносортного станов составляет 2000—3500 кг, среднесортного 1350—5330 кг, мелкосорт­ного и проволочного 600 кг. Ниже приведены сечение (S) и длина (I) заготовок, применяемых при прокатке сортового металла на разных станах:

TOC \o "1-3" \h \z ¦S, мм2 I, мм

Рельсо-балочный 250X250-^350 X 350 9000—12000

Крупносортный 300X300 6000

Среднесортный 100Х 100-М70Х 170 6000—12000

Мелкосортный 80X80 12000

Проволочный 80X80 12000

Слябы, являющиеся заготовками для листовой про­катки, имеют большую массу. Например, на широкопо­лосном стане 2000 масса сляба составляет до 30 т. Раз­меры слябов приведены ниже:

5, мм2 /, мм

•Стан:

Толсто листовой (100—250) X (1000—1600) 1500—5500

Широкополое — (230—300) X (1000— 1850) до 12000 иой

Подготовка заготовок перед нагревом является обя­зательной операцией. В результате предшествующих нагревов и прокатки на поверхности заготовки образу­ются дефекты: трещины, закаты металла и окалины. Перед дальнейшей прокаткой необходимо удалить ука­занные дефекты. Дефекты могут быть удалены с поверх­ности холодных заготовок на складе. Для удаления дефектов применяют следующие методы: обработку при: помощи автогенных резаков; механическое удаление — дефектов пневматическими зубилами, наждачными кам­нями на металлорежущих станках. Удаление дефектов, на горячих блюмах (слябах) производится сразу после прокатки на машинах огневой зачистки (МОЗ). Маши­на огневой зачистки состоит из газорежущих блоков, в которых смонтированы щелевидные сопла для подачи кислорода и ацетилена. При прохождении через газоре­жущие блоки слой металла толщиной 2—2,5 мм с де­фектами расплавляется по периметру заготовки и уда­ляется. Зачистке подвергается весь металл или производится выборочная зачистка в зависимости от на­значения готового проката.

Методические печи

Для нагрева заготовок перед прокаткой на сортовых и листовых прокатных станах применяют двух — и пяти — зонные методические пламенные печи. Характерными особенностями методических печей являются перемен­ный температурный режим по длине печи и противо — точное движение продуктов сгорания и нагреваемых за­готовок. Например, двухзонная печь состоит из высоко­температурной сварочной зоны, в которой происходит выравнивание температуры по сечению заготовки бла­годаря использованию тепла отходящих продуктов сго­рания. Двухзонные методические печи применяют для нагрева рядовых сталей. Для нагревания заготовок из стали, не допускающей большого пер. епада температуры по сечению в процессе нагрева, применяют четырех-, пя — тизонные методические печи. Методическая зона явля­ется подготовительной, в ней металл подогревается как теплом отходящих газов, так и пламенем горелок, уста­навливаемых в каждой зоне. Многозонные методические печи обеспечивают заготовкой высокопроизводительные станы при высоком качестве нагрева —^ заготовки рав­номерно прогреваются по сечению и длине, не возника­ет значительных термических напряжений, приводящих к образованию трещин.

47905

Заготовки к нагревательным печам поступают со ¦склада. Общий склад заготовок современного завода размещается в трех пролетах по 30 м каждый. Транс-

S5Hc. 126. Схемы транспортировки заготовок в методических печах

Лортировка заготовок и их подготовка к нагреву меха­низированы (рис. 126). На приемные решетки методиче­ских печей заготовки передаются мостовыми кранами. С загрузочных решеток заготовки попадают на загру­зочный рольганг 1. Остановку заготовки на рольганге против толкателей обеспечивают упорами. Операции по загрузке в печь, транспортировке в процессе нагревания и выдаче нагретых заготовок из печи механизированы. С загрузочного рольганга заготовка толкателем 2 стал­кивается на загрузочный стол 3. Усилие толкателя (двух толкателей) для случая, когда под печи не механизиро­ван, рассчитывается из условия проталкивания всей садки. Применяют следующие схемы выгрузки загото­вок из печи. Нагретые заготовки 4 (рис. 126, а) по од­ной скатываются по наклонной плоскости 5 и попадают на рольганг выдачи 6. Для уменьшения энергии падаю­щей заготовки устанавливается подпружиненный упор 7. Методические печи для нагрева слябов (рис. 126,6) •оборудуют специальными машинами 8, которые обеспе­чивают безударную выдачу нагретых слябов. Выдачу слябов, имеющих большую массу, нельзя производить по наклонной плоскости, так как при падении удар мо­жет быть значительным и возможны случаи поломки оборудования.

Методические печи выполняют также с боковой вы­дачей заготовок (рис. 126, в). Операции загрузки и

Транспортировки заготовки через печь осуществляются в том же порядке, что и на печах с торцевой выдачей. Выгрузка осуществляется следующим образом. Печь оборудуется желобом 10, по которому выталкивателем 9 заготовка выдается на рольганг 6. Боковая выдача применяется для квадратных заготовок сечением мень­ше 120 мм; заготовки большего сечения выдаются толь­ко через торец печи (рис. 126,а, б). Транспортировка за­готовок в печи может осуществляться шагающими бал­ками или печным рольгангом.

На рис. 127 показана рекуперативная методическая печь с шагающими балками. Конструкцией двухзонной методической печи предусматривается механизация всех вспомогательных операций и автоматизация режима нагрева. Для сталкивания заготовок с загрузочного рольганга предусмотрен реечный толкатель 6; для тран­спортировки заготовок через зоны в подподовом прост­ранстве печи смонтирован механизм привода под­вижных балок, который включает механизмы горизон­тального 3 и вертикального 4 перемещения балок. При включении привода перемещения балки совершают воз­вратно-поступательное движение, поднимая и переме­щая заготовки в направлении окна выдачи. Рольганг 5 служит для подачи заготовок из пролета склада. Для подогрева воздуха до 500—600 0C предусмотрены кера­мические рекуператоры 1; газ до 300-^360 0C подогрева­ется в трубчатых металлических рекуператорах, уста­новленных вслед за керамическими. С загрузочных ре­шеток заготовки из пролета склада заготовок поступают к методической печи по загрузочному рольгангу 5 и упором останавливаются против толкателя 6. Винтовым или рычажным толкателем заготовки подаются в печь и подвижными балками транспортируются в зоне нагрева. Преимуществом транспортировки при помощи подвиж­ных балок является возможность укладки заготовок с зазором, что обеспечивает равномерный нагрев со всех сторон, исключается опасность выпучивания садки при большой длине печи. Нагретые заготовки поочередно попадают на рольганг 2 прокатного стана. Производи­тельность одной методической печи составляет 200 т/ч. В зависимости от производительности прокатного стана устанавливается необходимое число печей.

В последние годы находит все большее применение электрический нагрев металла перед прокаткой. Элек­трический нагрев обладает меньшей тепловой инерцией, что очень важно при работе с легированными сталями, обладающими высокой чувствительностью к термиче­ским напряжениям. Большой диапазон скоростей при электрическом нагреве по сравнению с пламенными пе­чами, более равномерный нагрев заготовок по сечению, меньший угар металла в окалину делают его перспек­тивным. Для слябов и сортовой заготовки применяют индукционный и контактный электрический нагрев. На высокопроизводительных непрерывных прокатных ста­нах применяют комбинированный нагрев. Нагрев заго­товок до 750 0C производят в методической печи и фор­сированный нагрев до температуры прокатки на элек­троконтактных установках. Удельная продолжитель­ность нагрева Z при электроконтактном способе для квадратных заготовок со стороной 60 и 120 мм составля­ет соответственно 0,16 и 0,21 мин/см. Продолжительность нагрева заготовок сечением 100X100 мм от 750 до 12000C на электроконтактной установке составляет 0,9 мин, в методической печи 6 мин. Холодная заготовка 100X100 мм может быть нагрета до температуры про­катки электроконтактным способом за 2 мин. К досто­инствам электронагрева следует отнести возможность регулирования скорости нагрева, равномерность нагре­ва заготовок по сечению и длине, маневренность при прокатке большого числа марок сталей. Применение индукционного и контактного электрического нагрева позволяет уменьшить угар металла, исключить обезугле­роживание, обеспечить большую производительность.

§ 5. Нагрев слитков

Для нагрева слитков перед прокаткой в цехе блю­минга (слябинга) устанавливают нагревательные ко­лодцы. По сравнению с другими нагревательными уст­ройствами нагревательные колодцы обладают следую­щими преимуществами: вертикальное расположение слитков при нагреве обеспечивает правильную кристал­лизацию еще не остывшей сердцевины; обеспечивается равномерный нагрев всех сторон слитка; загрузка и вы­грузка тяжеловесных слитков осуществляются мостовы­ми кранами, что также удобно производить при верти­кальном расположении слитков.

Масса и форма слитков зависят от химического со­става стали, мощности оборудования и вида проката. Заготовкой для проката листов являются слябы. При прокатке на слябы слитки имеют большую массу (16— 30 т) и прямоугольную в поперечном сечении форму.

4

Масса слитков из углеродистой стали для прокатки сортовой заготовки (блюма) равна 10—12 т при квад­ратном поперечном сечении. Масса слитков высоколеги­рованной стали, например инструментальной, быстро­режущей, принимается 500—700 кг. Небольшая масса в указанных случаях определяется в основном низкой теплопроводностью и низкой пластичностью металла. Слитки кипящей стали получают в изложницах, расши­ряющихся книзу; слитки спокойной стали расширяются кверху. Отношение высоты к стороне слитка составляет 3—3,5.

Планировка отделения нагревательных колодцев со­временного высокопроизводительного прокатного стана показан на рис. 123. В отделении длиной 200—400 м устанавливается от 10 до 12 групп нагревательных ко­лодцев 1. Группа состоит из двух — четырех колодцев прямоугольной формы в плане. Отделение нагреватель­ных колодцев непосредственно примыкает к пролету обжимного стана.

Нагретые в колодце слитки подаются к прокатному стану слитковозами 2, которые движутся fro кольцевому рельсовому пути. Для подвоза слитков из сталеплавиль­ного цеха предусмотрен железнодорожный путь 3. Раз­грузка слитков с железнодорожных платформ, посадка в колодцы, выгрузка нагретых слитков и установка их на слитковоз обеспечивается мостовым краном 4 с кле­щевым захватом.

На рис. 124 показана схема установки слитков кипя­щей и спокойной стали в рабочей камере колодца. Для устойчивости во время нагрева слитки спокойной стали устанавливаются наклонно на стенки камеры. После


A ff

Рис. 124. Схема размещения слитков в камерах нагрева­тельных колодцев с отоплением из центра подины


Посадки слитков камера закрывается крышкой и газо­вая горелка включается на режим нагрева. Открывание и закрывание крышки камеры механизированы. Нагре­тые до температуры прокатки слитки клещевым" краном грузоподъемностью 30—50 т извлекают по одному из колодцев и передают на слитковозы. Слитковозы, дви­гаясь по кольцевому пути, транспортируют слитки к приемному рольгангу блюминга или слябинга.

На рис. 125 показана конструкция нагревательного рекуперативного колодца с установкой газовой горелки 1 в центре подины. Рабочее пространство камеры имеет следующие размеры: высота около 3 м, площадь в плане 4,5×5 м2. Слитки в камере устанавливают вдоль стенок на расстоянии 200—400 мм друг от друга. Пламя горел­ки движется в направлении крышки 2 и, отражаясь от нее, растекается, омывая слитки сверху вниз. Продукты сгорания, имеющие высокую температуру, проходят по каналам в нижней части боковых стен в керамические рекуператоры, расположенные с обеих сторон каждой камеры. Теплом отходящих газов в керамических реку­ператорах нагревают воздух, необходимый для сжига-

Рис. 125. Рекуперативный колодец с центральной горелкой

Ния газа, до 850, а газ — до 350 0C в металлических ре­куператорах, установленных после керамических.

Число групп колодцев в отделении и колодцев в груп­пе определяется в зависимости от производительности стана. Два — четыре колодца объединяют в группу с общей площадкой обслуживания. Производительность одного колодца при горячем посаде слитков среднеугле — родистой стали 28 т/ч. При нагреве холодных слитков производительность колодца 9—12 т/ч. При хорошей организации работы смежных участков сталеплавильно­го цеха, стрипперного отделения, отделения нагрева­тельных колодцев и обжимного стана >96 % слитков поступает на посадку в колодцы при 860—890 0C.

Наряду с получением заготовки для прокатки из слитков начали широко применяться бесслитковые спо­собы получения блюмов, слябов и заготовок, описанные в разделе «Разливка стали».

§ 4. Охлаждение стали после прокатки

Режим охлаждения существенно влияет на качество готового проката и его расход. В зависимости от предъ­являемых требований и химического состава применяют быстрое или медленное охлаждение после прокатки. Например, инструментальные стали У9—У12 охлажда­ют в воде. При медленном охлаждении в структуре ста­лей У9—У12 образуется карбидная сетка, что не допу­скается техническими условиями. Между чистовой клетью и роликовыми барабанными моталками широко­полосных станов полоса интенсивно охлаждается водой. Быстрое охлаждение полосы с 850—950 до 600—650 0C обеспечивает равномерную структуру и исключает вы­падание свободного цементита. Большинство легирован­ных сталей не допускает быстрого охлаждения. В про­цессе быстрого охлаждения в стали образуются поверхностные и внутренние трещины (флокены). По­верхностные трещины обнаруживаются визуально; фло­кены наблюдаются в продольном и поперечном сечениях после травления, где они обнаруживаются в виде ради­альных и продольных трещин. Предотвратить развитие трещин и флокенов можно правильным выбором режи­ма охлаждения стали. При медленном охлаждении про­исходит выравнивание температуры проката по сечению и уменьшаются термические напряжения.

Причиной образования флокенов являются не толь­ко термические напряжения в объеме металла. Образо­ванию флокенов способствуют напряжения, возникаю­щие вследствие неодновременности различных фазовых превращений в стали, образования структур с большим удельным объемом, накопления в микротрещинах водо­рода, развивающего большое давление. Медленное ох­лаждение существенно ослабляет все виды напряжений и тем самым уменьшает опасность флокенообразования. Рядовые стали охлаждают на воздухе. Скорость охлаж­дения не влияет на качество этих сталей. Стали, склон­ные к образованию трещин и флокенов, охлаждают по специальному режиму в колодцах, термостатах и др. В неотапливаемых колодцах охлаждается крупносорт­ный прокат, например рельсы. Термостаты используют для медленного охлаждения проката небольшого по­перечного сечения. При необходимости охлаждения ста­ли по требуемому режиму применяют отапливаемые ко­лодцы и специальные печи. Скорость охлаждения стали после прокатки определяет количество окалины, обра­зующейся на поверхности изделий. С увеличением со­держания углерода с 0,10 до 0,70 % величина потерь ме­талла в виде окалины составляет соответственно 3,30— 2,30 % при охлаждении на воздухе. При охлаждении металла после прокатки водой или водяной пылью по­тери в виде окалины не превышают 1,5 %.