Основные термины процесса калибровки профилей проката

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМ А.А. УГАРОВА

(филиал) федерального государственного автономного образовательного

учреждения высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

кафедра ТОММ

Уйгели В.В., Пратусевич А.Е., Корнаев А.В., Доронин О.Н.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОМД

(СОРТОВАЯ ПРОКАТКА)

Раздел: Методика выполнения практических расчетов технологических процессов прокатки блюмов и сортовой прокатки на станах ОАО «ОЭМК»

Практикум и методические указания

для студентов обучающихся по направлению

150100 – МЕТАЛЛУРГИЯ

(всех форм обучения)

Одобрено редакционно-издательским

Советом института

Старый Оскол 2012

Уйгели В.В., Пратусевич А.Е., Корнаев А.В., Доронин О.Н.

Рецензент: к.т.н., доцент О.Ф. Кравченко

СПЕЦТЕХНОЛОГИИ ОМД (сортовая прокатка). Раздел: Методика выполнения практических расчетов технологических процессов сортовой прокатки на станах ОАО «ОЭМК».

Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2012, - 159 с.

Методическое пособие соответствует учебной программе «ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОМД». Предназначено для самостоятельного изучения материалов курса, а также выполнения практических расчетов студентами специальности 150400 всех форм обучения. Целью методического пособия является обобщение современных и наиболее эффективных методов выполнения калибровки сортовых профилей простой (симметричной) формы, а также проектирование калибров прокатных валков обжимных и сортовых станов, на базе которых формулируются рациональные решения для их реализации на сортопрокатных станах ОАО «ОЭМК».

ã Авторы

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие

Сортовой прокат является одним из распространенных видов прокатной продукции. Качество, количество и себестоимость этой продукции на действующем стане во многом зависят от правильности выполнения калибровки профилей и прокатных валков, обеспечивающей точность размеров и правильность геометрических форм проката.

Создать методические указания по калибровке прокатных валков - задача сложная и не однозначная по методам исполнения. Множество научных трудов посвящены этому вопросу. Однако, среди различных принципиальных подходов к расчету калибровки валков сортовых станов, можно выделить следующие три:

- эмпирический, с использованием графических, табличных данных и математических зависимостей;

- метод усреднения геометрических параметров прокатки (сложный процесс пластического деформирования металла сводится к простому усредненному);

- аналитический, в котором методами теории обработки металлов давлением, с применением современной вычислительной техники, наиболее полно и точно решается поставленная задача.

Материалы методического пособия содержание практических заданий, обязательных для выполнения каждым студентом, составлены применительно к прокатным станам ОАО «ОЭМК» (Дуо-реверсивной клети 1000, крупносортно-заготовочному стану 700 и мелкосортно-среднесортному стану 350). Выбор данных прокатных агрегатов обусловлен тем, что ОАО «ОЭМК» является базовым предприятием СТИ НИТУ «МИСиС», а представленные станы являются современными производственными комплексами с высоким уровнем механизации и автоматизации технологического процесса.

Калибровка сортопрокатных валков

Основные термины процесса калибровки профилей проката

Калибр – просвет определенной формы, образованный валками в их рабочем положении в прокатной клети (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1. Калиброванный валок (квадратный калибр)

Ручей – кольцевой врез (кольцевая проточка) или выступ на бочке валка. Совокупность ручьев всех валков клети, вместе с межвалковыми зазорами и образует калибр.

Калибровка прокатных валков – определение формы и размеров ряда последовательных переходных сечений прокатываемого металла от исходной заготовки до готового профиля. По этим сечениям конструируют калибры. В понятие калибровки входят также правила расположения калибров на валках, обеспечивающие требуемые условия прокатки и прочность валков. Кроме того, перед калибровщиками ставится ещё ряд производственных задач: обеспечение «универсальности» калибровки, минимального расхода прокатных валков, снижение времени простоев стана на перевалках валков, а также обеспечение высокого качества горячего (готового) проката, минимизация энерго- и ресурсозатрат и, наконец, обеспечение безопасности производственного персонала, обслуживающего прокатный стан.

Сущность или задача самого процесса калибровки профилеразмера сортового проката заключается в получении проката не только требуемой геометрической формы, но и требуемого стандартами (техническими условиями, условиями контрактов, заключённых с потребителями проката) комплекса его потребительских характеристик (в том числе, микроструктуры, физико-механических свойств, состояние поверхности проката и точности геометрических размеров поперечного сечения – профиля).

Достаточно полное разрешение всего комплекса задач и позволяет обеспечить рациональность калибровки профиля проката.

Под «универсальностью» выполненной калибровки профиля проката понимается обеспечение возможности получения ряда стандартных профилеразмеров по «ходу» прокатки металла на стане не только из последней (чистовой) рабочей клети, но и из ряда промежуточных клетей, без остановки стана на перевалку валков (замену рабочих клетей).

Всего вышеперечисленного калибровщик, естественно, не может постоянно учитывать и реализовывать в своей повседневной (зачастую рутинной, а не творческой) работе и поэтому, в конкретных случаях, ему приходится самостоятельно или по указанию руководителя выделять из всего комплекса ряд доминирующих критериев процесса калибровки.

Калибровка валков является сложной иерархической системой, к функционированию которой предъявляются раличные производственные и технико – экономические требования [3]. Поэтому для объективной оценки её рациональности или оптимальности необходимо применять ряд критериев, в качестве которых можно использовать следующие характеристики технологического процесса прокатки металла на стане: достижение максимальной производительности прокатного стана; использование исходной заготовки максимальной массы; минимизация количества пропусков (количества рабочих клетей), расхода прокатных валков, электрической энергии на прокатку металла и, наконец, достижение максимально возможной вытяжной способности, принятой для расчёта калибровки, системы калибров.

К сожалению, пока ещё не имеется пригодного для практического применения математического описания таких параметров, как качество проката, подбора систем и конструкций калибров, обеспечивающих рациональное использование материала прокатных валков для уменьшения количества перевалок и расширения сортамента профилеразмеров.

В [3] вводится понятие о рациональной системе калибров по их максимальной вытяжной способности. Авторы полагают, что наиболее рациональной системой калибров, выбранной из всех известных и имеющих промышленное применение, будет являться только та, которая обеспечивает максимальную степень использования вытяжной способности каждого типа калибра или каждой стандартной системы калибров, но не по максимуму (таблица 1.1 методического пособия), а на (10…15)% меньше этого значения (сохранение запаса вытяжной способности выбранной системы калибров).

По рекомендации [3] (раздел 3.7.4, страницы162…167, алгоритм 3.8) процесс оценки вытяжной способности различных систем калибров выполняется в следующем порядке:

- по таблицам выбирается несколько возможных схем калибровки;

- каждая предварительно выбранная схема калибровки оценивается относительной величиной энергозатрат на прокатку металла, точнее, по крутящему моменту прокатки (наиболее энергоэкономной является листовая, безкалибровая прокатка, а система «овал - круг» наиболее энергозатратна из всех систем калибровки, описанных в разделе 4 методического пособия; её энергозатраты в 1.46 раза превышают таковые при прокатке металла в ящичных калибрах и на гладкой бочке);

- для дальнейших расчётов принимаются наиболее энергоэкономичные системы калибров;

- по графикам функции параметра (отношение диаметра валка по дну калибра к толщине полосы после прокатки) и предварительно выбранным системам калибров находятся максимальные коэффициенты «вытяжки» металла;

- по формуле (диапазон коэффициентов вытяжки металла в каждой из сравниваемых систем калибров) вычисляются значения возможных степеней использования их вытяжной способности в конкретных условиях прокатки;

- выбирается система калибров, для которой значение запаса вытяжной способности [ ], вычисленное по формуле , окажется минимальным, т.е. критерий рациональности системы калибров по её вытяжной способности запишется в следующей математической форме:

(4.1).

- для того, чтобы принять другую схему калибровки и, следовательно, перераспределить частные вытяжки надо сделать рациональными (изменить режим обжатий в пределах общей, суммарной вытяжки), а затем вычислить параметры и , определяющие рациональность (оптимальность) принятой системы калибров для выполнения расчёта калибровки профиля проката и конструирования калибров для валков прокатного стана.

Итак, в данном разделе методического пособия даны технологические характеристики различных систем так называемых «вытяжных» калибров, применяющихся на прокатных станах различных поколений.

Итогом усвоения материала раздела будет служить правильный и достаточно аргументированный выбор систем не только «вытяжных», но и других типов, форм и назначений калибров (в том числе и не описанных в методическом пособии, но успешно применяющихся на прокатных станах, по имеющимся у студента сведений из различных источников информации: производственная практика, рекомендации специалистов, техническая литература, «Интернет» и др.), а также подтверждение выбора расчётом критерия их рациональности, в объёме рекомендаций [3], изложенных в подразделе 4.8.

Авторы методического пособия считают крайне необходимым подчеркнуть, что работа калибровщика в сортопрокатных цехах (да и вообще, в цехах ОМД) требует высокой квалификации и даже мастерства, базирующегося на глубоких знаниях технологии прокатного производства, теории пластической деформации металлов, конструкций и правил технической эксплуатации механического и электрического оборудования прокатных станов, металловедения и других прикладных наук, на изучение которых студенты – будущие прокатчики, зачастую, не обращают должного внимания.

Выбор доминирующих критериев является первым этапом калибровки. Если, например, поставлена задача уменьшения количества простоев стана для перевалок валков, то такая постановка производственного вопроса, неминуемо, нацеливает калибровщика на создание «универсальных» калибровок профилеразмеров готового проката, что обеспечивает условия расширения сортамента стана без частых его остановок для перевалок валков. Валки будут иметь калибры различных профилеразмеров (круги, квадраты, шестигранники и другие, близкие к ним, геометрические формы).

Однако реализация такого решения вызывает ряд других проблем, одной из которых является неравномерный расходвалкового материала в различных клетях стана, что, в свою очередь, увеличивает общее количество перевалок по износу валков. Необходимо стремиться к обеспечению равномерности износа валков, если не всех, то хотя бы большинства рабочих клетей. Но при таком решении калибровщика, смена сортамента стана приводит к необходимости выполнения дополнительных перевалок валков.

Итак, решение производственных задач, поставленных перед калибровщиками, всегда приводит к противоречивым вопросам в этом сложном многоуровневом процессе.

Понимая всю сложность процесса калибровки профилей проката и важность получения студентами правильных представлений овыполнении этой достаточно сложной, но в тоже время необходимой для производственного разрешения технологической и технико – экономической задачи, процесс калибровки профилей проката и конструирования калибров на прокатных валках, необходимо изначально осознать, что это – системный процесс, общее представление о порядке выполнения отдельных этапов расчёта которого можно получить из рисунка 1.1. [3].

В качестве исходных данных выступают: размеры и материал исходной заготовки; размер (размеры) готового проката; параметры прокатного стана; доминирующие критерии калибровки.

Ниже подробно описан процесс расчета калибровки, состоящий из семи этапов, и являющихся, собственно, расчётной частью решения задачи.

Обратная связь системы является её самым сложным элементом. Этапы расчёта калибровки весьма условны и каждый последующий не всегда является следствием предыдущего, а зачастую они взаимозависимы. Например, для того чтобы вычислить величину абсолютного уширения прокатанной полосы (этап 2) по формуле А.П.Чекмарёва, необходимо знать величину коэффициента контактного трения, а значит температуру металла (этап 5) и скорость прокатки (этап 4).

Рисунок 1.1. Блок-схема калибровки валков

Поэтому приходится изначально ориентировочно принимать величины этих технологических параметров, а затем корректировать первоначально (предварительно) полученные результаты, устанавливая в итоге окончательные значения соответствующих технологических параметров процесса прокатки металла.

Ограничения, принимаемые в расчётах калибровки профиля проката, должны учитывать технические характеристики технологического оборудования (рабочих клетей), принимающего участие в прокатке металла на стане: прочность валков, станин рабочих клетей, механического оборудования главных линий рабочих клетей, мощность главного привода; условия стабильности (поперечной устойчивости) полосы в очаге деформации при её захвате валками и прокатке в установившемся периоде. Некоторые показатели, такие как «вытяжная» способность системы калибров, расход валков, даже приближенно, не могут быть вычислены, и поэтому принимаются из справочной литературы.

Итогом усвоения учебного материала этого раздела пособия будет служить правильность и технологическая обоснованность принятой в курсовой работе логической последовательности и полноты выполнения его отдельных этапов на базе теоретического материала, изложенного в последующих разделах данного методического пособия.