Система «овал-ребровой овал»

Рисунок 1.7. Схема прокатки металла в системе калибров

«овал-ребровой овал»

Производственный, специфический технологический термин «ребровой», применительно к овальным и квадратным профилям, означает его вертикальное расположение (раскат поставлен «на ребро» и обжимается в направлении наибольшей оси симметрии профиля). Если ширина любого однорадиусного овала, выходящего из горизонтальных валков (рисунок 1.12), всегда больше его толщины, то у ребрового (двухрадиусного) вертикального овала (рисунок 1.14) толщина всегда больше ширины (как у куриного яйца, вертикально поставленного на горизонтальную плоскость).

Вообще-то такую систему калибров правомерно называть системой «овал–овал» и рассматривать как подготовительную для прокатки круглых профилей.

Система является одним из вариантов развития системы «овал-квадрат». В системе проявляются преимущества равномерности деформации полосы в овальном калибре и отсутствия дополнительной кантовки на 45°. Средние вытяжки ( ) чуть меньшие, чем в системе «овал-квадрат» из-за худшей способности стенок ребрового овального калибра ограничивать поперечную деформацию прокатываемого металла, что частично компенсируется лучшей устойчивостью полосы в обоих калибрах системы. Данная вытяжная система не имеет целью получение готового проката, однако является универсальной, позволяющей за счет изменения зазора между валками прокатывать в следующих чистовых клетях круглые профили различных размеров.

Существенным недостатком систем калибров, использующих вертикальные (ребровые) овалы, является низкая величина «вытяжки» металла (неравномерность высотной деформации металла по ширине калибра), что снижает загрузку клетей с вертикальными валками прокатного стана, а также и уровень вытяжной способности системы в целом.

Следует отметить, что на сортопрокатных станах отрасли применяются различные геометрические формы овальных калибров (соответственно и раскатов). В [3] на странице 87, рисунок 3.4 приведены формы овальных калибров – однорадиусного, плоского и ребрового. В практике работы прокатных станов применяются эллиптические овальные калибры (рисунок 1.15), позволяющие получать более качественные круглые профили проката. В практике работы НЗС 700 использовался и трёхрадиусный калибр (клеть 2Г), в который задавался раскат прямоугольной формы поперечного сечения. Калибр получил название «ребрового квадрата» и его использование способствовало улучшению макроструктуры крупносортных профилей проката, получаемого из несплошной непрерывнолитой заготовки. В калибре такой формы обеспечивалось более равномерное распределение высотной деформации по ширине калибра (в сравнении с таковым в обычном двухрадиусном овальном калибре, предусмотренном схемой прокатки, составленной фирмой «Шлёманн - Зимаг» - ФРГ), что положительно отражалось на качестве готового проката стана 700. Однако, увеличившийся расход валков клети 2Г стана заставил руководство СПЦ-1 ОЭМК перейти на применение в клети 2Г двухрадиусных овальных калибров (при производстве круглых профилей проката).

В настоящее время круглые профили всех диаметров прокатываются в первой группе рабочих клетей НЗС 700 по такой специфической (несколько необычной, нестандартной) системе калибровки: клеть 1В – валки без калибров; клеть 2Г – «стрельчатый квадрат» гибридной формы (нечто подобное комбинации круга и ящичного квадрата – [3], страница 181, рисунок 3.17); клеть 3В – двухрадиусный овал классической формы и клеть 4Г – чистовой круг диаметров (135…180)мм.

На стане 350 ОЭМК такой проблемы нет и при прокатке круглых профилей используются системы калибров «овал-овал» и «овал-круг-овал», причём горизонтальные предчистовые овалы всегда исполняются однорадиусными, а предовальные калибры – двухрадиусными.

Основные геометрические соотношения в калибрах различных форм приводятся в [3] (страницы 88-89;таблица 3.2), а также в разделе 1.4. методического пособия.

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.

Конструирование калибров

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

а) б)

в) г)

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:

. (1.3)

Ширина торцевого бурта:

, (1.4)

где - длина бочки валка (приложение 1)

- число ручьев на бочке валка;

, (1.5)

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:

. (1.6)

Хотя более точно определяют следующим образом:

, (1.7)

где - площадь поперечного сечения выходящей полосы;

- площадь геометрической фигуры, образующей калибр.

Критерием устойчивости прокатываемой в калибре (задаваемой в следующий калибр) полосы является отношение ширины полосы к высоте полосы:

. (1.8)

Иногда пользуются сходной характеристикой калибра:

. (1.9)

Очевидно, что если высота калибра и высота полосы равны (в большинстве случаев это так), то критерий в раз меньше .

Некоторые элементы калибров простой формы являются присущими только конкретным типам калибров.

Ниже приводятся основные формулы и соотношения для определения размеров калибра. Некоторые размеры можно определить построением. В этих случаях расчетные соотношения даны в качестве проверочных.

Размеры полосы до и после деформации в калибре считаются известными из расчетов формоизменения (разделы 2.2. и 3.2.). Степень заполнения калибра металлом и критерий принимаются согласно рекомендациям.

Ниже представленные формулы для расчетов площадей калибров и полос выведены без учета закруглений калибров, но с учетом притуплений полос.

Ящичный калибр

Рисунок 1.10. Ящичный калибр

Ширина калибра по разъему валков:

, (1.10)

Степень заполнения для ящичных калибров находится в пределах ,

Ширина по дну калибра:

. (1.11)

Зазор между буртами валков:

. (1.12)

Глубина вреза ручья калибра:

. (1.13)

Радиусы внешнего и внутреннего закруглений калибра:

. (1.14)

Выпуск калибра:

. (1.15)

Ширина вреза калибра:

. (1.16)

При необходимости лучшей устойчивости полосы в калибре, дно ящичного калибра делается выпуклым. Выпуклость в зависимости от размеров полосы принимают:

. (1.17)

Притупление полосы:

. (1.18)

Площадь калибра:

. (1.19)

Площадь полосы:

. (1.20)

Шестиугольный калибр

Является частным случаем ящичного калибра с выпуском равным единице ( ). Степень заполнения шестиугольного калибра составляет , рекомендуемые значения

Рисунок 1.11. Шестиугольный калибр

показателя находятся в промежутке 2…4.5.

Ширина раската по дну калибра:

. (1.21)

В расчете также используются соотношения (1.10), (1.12), (1.13), (1.15), (1.16), (1.18), (1.19), (1.20).