Классификация калибров прокатных валков, их конструкции и назначение

На прокатных станах ОЭМК находятся в промышленной эксплуатации следующие типы калибров, классифицируемых по назначению, форме и конструкции. Формы и соотношения геометрических параметров некоторых видов калибров иллюстрируются рисунками раздела 5 методического пособия.

Форма калибров простая: симметричные ящичные (прямоугольные и квадратные), шестиугольные (предшестигранные), шестигранные, ромбические, квадратные (врезанные на диагональ в тело бочки валка), овальные (однорадиусные и двухрадиусные), круглые, а также калибры для прокатки арматурного профиля. Применяется и «бескалибровая» прокатка металла (клеть 1В стана 700), возможно применение такой технологии в части черновых клетей стана 350, и примеры тому имеются в обжимных клетях мелкосортно – проволочного стана 150 Белорецкого металлургического комбината (Россия, Башкортостан, г. Белорецк). На стане 350 возможно применение фасонных калибров для прокатки угловых профилей в среднесортных клетях.

По конструкции калибры в основном являются открытыми, то есть средняя линия валков проходит, примерно, рядом с поперечной осью симметрии калибра (посередине калибра). Угловые профили, как правило, прокатываются в полузакрытых калибрах (средняя линия валков пересекает калибр не посередине, а ближе к его основанию или к его вершине) или в закрытых калибрах (средняя линия не пересекает контуры калибров).

По назначению калибры подразделяются на черновые, промежуточные и чистовые.

Черновые калибры предназначены для получения максимальной «вытяжки» прокатываемого металла, достижение которой и является основной целью процесса продольной прокатки металла на промышленных станах (таблица 1.1). Форма чернового калибра может не иметь ничего общего с формой готового профиля.

Промежуточные калибры также, в основном, предназначены для получения максимальной «вытяжки» металла, однако формы этих калибров близки к форме профилей готового проката. Как упоминалось выше, в процессе прокатки определённого готового (конечного, чистового) профилеразмера, в про-

межуточных клетях стана возможно получение готовых профилей проката («универсальность» калибровки профилей проката).

Таблица 1.1. Величины частных (единичных) «вытяжек» прокатываемого металла, в зависимости от назначения калибра

*- средние и максимальные значения коэффициентов «вытяжки» металла;

** - на проволочных станах.

И несмотря на то, что для обеспечения высокого уровня производительности прокатного стана, режим обжатий металла в его рабочих клетях должен в максимальной степени использовать вытяжные способности принятых систем калибров, величины принятых в расчёте частных «вытяжек» должны ограничиваться условиями захвата металла валками и обеспечением поперечной устойчивости металла в каждом калибре (разделы 2.2.2, 3.2 методического пособия и рекомендации [3] в разделе 3.6.).

Совокупность нескольких (обычно двух смежных) калибров, обеспечивающих большие значения «вытяжки», называют системой вытяжных калибров. Выбор наиболее эффективных систем вытяжных калибров и является первым этапом расчета калибровки профиля проката (рисунок 1.1).

Чистовые калибры формируют готовый профиль по геометрическим размерам и качеству поверхности и поэтому их форма должна быть максимально приближена к форме профиля готового проката. Величины частных «вытяжек» металла в чистовых калибрах имеют сравнительно небольшие значения.

Итогом усвоения материала данного раздела методического пособия будет служить правильность и технологическая обоснованность сделанного студентом выбора форм, конструкций калибров наиболее полно соответствующих условиям прокатки металла.

Системы калибров

Основными характеристиками системы калибров являются её вытяжная способность, а также величина средней «вытяжки» металла во всех её калибрах.

Вытяжная способность системы калибров:

(1.1)

где - количество калибров, образующих систему.

Средняя вытяжка калибров системы:

(1.2)

Подробная количественная оценка приводится в следующих разделах методического пособия при изложении основ выполнения расчета калибровки профиля проката.

Практика сортовой прокатки выработала определенные сочетания калибров, позволяющих образовывать различные системы калибров.

Система ящичных калибров

Рисунок 1.2. Схема прокатки металла в ящичных калибрах

Применяется главным образом для получения раскатов крупных сечений (80…100) мм. Хорошая очистка поверхности раската от печной окалины, возможность осуществления нескольких проходов в одном калибре, равномерное обжатие, неглубокий врез в бочку валка определяют преимущества этой системы.

Однако небольшие средние «вытяжки» ( ), неточность геометрических форм и размеров определяют сферу их промышленного применения обжимно–заготовочными станами и черновыми клетями сортопрокатных станов для получения готовых (чистовых) сортовых профилей только простой геометрической формы.

Система «ромб-ромб»

Рисунок 1.3. Схема прокатки металла в ромбических калибрах

Система «ромб-ромб» обычно применяется за системой ящичных калибров в черновых и предчистовых группах клетей и является подготовительной для получения квадратных профилей проката по системе «ромб - квадрат», описанной в разделе (1.3.1.). Система обеспечивает небольшие величины средней «вытяжки» ( ), зависящей от угла при вершине ромба составляющего (110…120)°.

Низкая величина коэффициента частной (и средней) «вытяжки» металла в ромбическом калибре объясняется, главным образом, тем, что наклон боковых стенок калибра ухудшает условия захвата металла валками и создаёт значительную неравномерность высотной деформации прокатываемого металла по ширине калибра, что уменьшает точность размеров профиля проката, а также качество поверхности прокатанных в калибре полос (раскатов).

Система геометрически подобных калибров «ромб - ромб», требующая кантовки раскатов на 90° после каждой рабочей клети, применяется сравнительно редко и только при прокатке труднодеформируемых марок стали, технологическими условиями прокатки которых требуются лишь незначительные величины «вытяжек» металла. Исходная заготовка квадратного сечения последовательно прокатывается в ромбических калибрах, а последний (чистовой) проход осуществляется в квадратном калибре.

Помимо небольшой вытяжной способности, к недостаткам системы относятся: плохое удаление окалины с поверхности прокатываемого металла; отсутствие обновления углов полосы, что приводит к неравномерному остыванию металла по поперечному сечению; трудность обеспечения поперечной устойчивости полосы в калибре, что приводит к её продольному скручиванию.

Система «ромб-квадрат»

Рисунок 1.4. Схема прокатки металла в системе калибров «ромб-квадрат»

Система применяется в последних клетях сортопрокатных станов для производства профилей квадратной стали с закруглёнными или «острыми» углами чистового профиля. Основное преимущество системы чередующихся квадратных и ромбических калибров заключается в обеспечении точности размеров готовых профилей проката. Кроме того, система обеспечивает достаточно высокие значения коэффициентов деформации металла («вытяжек»), устойчивость металла в ромбических и квадратных калибрах.

С позиций «Теории прокатки», следует отметить, что система «ромб-квадрат» обладает рядом технологических преимуществ, в сравнении с системой «ромб-ромб». Форма раската наиболее благоприятна для продольной деформации: в ромбический калибр подается полоса с прямым углом при вершине, а не с острым, как в системе «ромб-ромб», что увеличивает ширину зоны контакта металла с валками; боковые стенки квадратного калибра лучше ограничивают уширение ромбической полосы и поэтому увеличивается значение средней «вытяжки» металла ( ). Полоса ромбического сечения более устойчива в квадратном калибре, чем ромбическая полоса в ромбическом калибре (рисунок 1.4.). Система обеспечивает возможность получения геометрически правильных промежуточных квадратов, размеры сторон которых можно изменять при изменении зазора между буртами бочек валков.

Недостатком системы является большая глубина калибров, что снижает прочность бочек валков и увеличивает расход прокатных валков.

Отмеченные выше недостатки прокатки металла в ромбических калибрах сохраняются и в системе «ромб-квадрат».

На стане 700 ОЭМК крупносортный прокат квадратного сечения со стороной (125…70)мм производится по системе калибров «ромб-квадрат» во второй группе рабочих клетей НЗС 700. Перед клетью 5В установлен кантователь раскатов, обеспечивающий их поворот на 45° вокруг продольной оси симметрии.

На стане 350 ОЭМК не установлены кантователи раскатов и поэтому в своём классическом виде система калибров «квадрат-ромб-квадрат» не может быть реализована, хотя проектным сортаментом стана предусмотрено производство квадратных профилей со стороной (12…65)мм.

Авторы методического пособия считают возможным получение квадратных профилей проката по следующей технологической схеме, основные положения которой сообщены специалистам ОЭМК: раскат овальной формы, выходящий из любой рабочей клети с горизонтальными валками, прокатывается в ромбическом калибре клети с горизонтальными валками (при этом, одна клеть с вертикальными валками не обжимает металл), а затем, любое количество раз, применяется классическая схема калибров «ромб-квадрат» до получения чистового квадрата требуемых размеров.

Система «овал-квадрат»

Рисунок 1.5. Схема прокатки металла в системе калибров «овал-квадрат».

Система калибров, главным образом, применяется для получения профилей квадратной формы с размером стороны 75мм и менее.

В отличие от системы «ромб-квадрат», система обеспечивает обновление углов профилей квадратного сечения. Специфика кантовок раската (рисунок 1.5.) позволяет проработать металл в четырех, а не двух направлениях, что положительно сказывается на качестве готовой продукции. Основное преимущество системы – высокая вытяжная способность - .

К недостаткам относятся: необходимость плотного удержания овальной полосы в квадратном калибре. Значительная неравномерность высотной деформации приводит к увеличению износа валков, особенно с овальными калибрами.

1.3.5. Система «шестиугольник-квадрат»

Рисунок 1.6.Схема прокатки металла в системе калибров

«шестиугольник-квадрат».

Рассматривая данную систему с позиции развития предыдущей, необходимо отметить, что замена овального калибра шестиугольным приводит к повышению устойчивости полосы в квадратном калибре. Величины средних «вытяжек» и характер кантовок раскатов аналогичны системе «овал-квадрат». По указанным в разделе (3.1.) технологическим причинам, система калибров «овал-квадрат» не применяется на стане 350 ОЭМК.