Министерство образования и науки Украины
Приазовский государственный технический университет
Кафедра обработки металлов давлением
Курсовой проект
по дисциплине «Технология процессов прокатки и волочения»
на тему: «Проект литейно-прокатного модуля с косовалковым планетарнымстаном РSW для производства легированногомелкого сорта»
Выполнил:
студент гр.З-03-МО
ГанжаТ.В.
Руководительпроекта,
доц.,канд. техн. наук
ЧелованьМ.И.
г. Мариуполь,
2008г.
Содержание
Введение
1. Выбор и описание оборудованияпроектируемого литейно – прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированногомелкого сорта и его технико-экономическое обоснование
2. Выбор прокатываемого сортамента,марок сталей, исходных заготовок с указанием ГОСТов и ТУ
3. Описание технологического процессав проектируемом литейно прокатном модуле (цехе)
4. Баланс металла
5. Калибровка валков для прокаткикруглой высокопрочной легированной стали диаметром 18,0мм высокой точности
6. Выбор и расчет скоростного режимапрокатки по клетям (проходам) и разливки на МНЛЗ
7. Определение времени, ритмапрокатки и расчет производительности стана по расчетному профилю
8. Определение энергосиловыхпараметров и фактической мощности, приходящейся на главные приводы стана припроизводстве расчетного профиля
Введение
Производство сортовогопроката из непрерывно-литых заготовок, по сравнению с катаными, обеспечивает:экономию металла, сокращение численности работающих, снижение сроковокупаемости при сооружении новых предприятий и снижение энергозатрат. При этомпроизводстве появляется возможность более в полной мере использовать приемымеханизации и автоматизации[1].
Организация горячегопосада и низкотемпературного нагрева за счет осуществления высокоинтенсивнойдеформации на специальных станах, значительно решают проблему снижения энергозатратпри производстве готового проката в литейно-прокатных комплексах (модулях)«МНЛЗ — прокатный стан с высокой степенью деформации
Такие специальные станы, называемые,в общем, установками для деформации с большими обжатиями, как показало современноеразвитие прокатного производства за последние 20-30 лет, могут бытьсущественным дополнением к обычным прокатным станам.
Классификация способовдеформации с большими обжатиями в настоящее время включает 3 группы систем:прокатную, ковочную и ковочно-прокатную. В большей степени сейчас применяютсяподходы прокатной системы. Так, в прокатную систему входят: планетарные станыСендзимира, Платцера и Лауэнера; универсальный планетарный стан ВНИИМетмаша;планетарный косовалковый стан типа PSW фирмы Шлоеманзимаг; стан возвратно-поступательного действияКруппа-Платцера; маятниковые станы Краузе и фирмы Демаг; эксцентриковый станфирмы Шлоеман; циклоидальный стан фирмы Фрелинг;
— в ковочную системувходят: колебательно-ковочный агрегат фирмы Кокс; установка продольной ковкифирмы ГФМ; пресс продольной ковки фирмы Зак; ковочная машина фирмы ГФМ;
— в ковочно-прокатнуюсистему входит сомещенный агрегат для ковки и прокатки фирмы ГФМ. Во всех этихсистемах обеспечивается степень деформации до 90% и более, проходящая с большойинтенсивностью и выделением тепла [2].
В последнее время вмировой практике все в большей степени начинает использоваться, из станов и установокуказанных выше систем для производства черновой заготовки для сорта и труб, планетарный косовалковый стан PSW, который отлично согласуется сработой МНЛЗ и может использоваться в дальнейшем технологическом процессе спрокаткой-разделением.
Итак, все изложенноесвидетельствует о современности и актуальности проекта.
1. Выбор и описаниеоборудования проектируемого литейно–прокатного модуля с косовалковым планетарным станом РSW для производства легированного мелкого сорта и его технико–экономическое обоснование
Проектируемыйлитейно–прокатный модуль включает: МНЛЗ; нагревательную печь; планетарный косовалковыйстан РSW с большим суммарным обжатием,черновую и промежуточную группу клетей, разделительную клеть, две группычистовых клетей, два проволочных блока; оборудование для порезки, смотки,охлаждения и правки; оборудование, связанное с термической обработкойлегированных сталей, и оборудование для штабелирования и упаковки. В составелитейно–прокатного модуля находятся: машзал с различным пуско-регулирующимэлектрооборудованием; вальцетокарная мастерская с набором токарных и другихметаллорежущих станков и электромостовые краны различного назначения игрузоподъемности.
Схема расположенияоборудования проектируемого литейно – прокатного модуля представлена на рис. 1.
Как видно из схемы рис.1,оборудование размещается в 4-х пролетах: разливочном, становом (где происходитпрокатка и охлаждение) и в двух пролетах термической обработки, штабелирования,упаковки и складирования готовой продукции (в одном из них размещены машзал ивальцетокарная мастерская). Общая длина модуля составляет около 400 м и имеетплощадь около 35 000 />.
Состав, спецификация икраткая техническая характеристика оборудования, указанных на схеме основныхузлов представляется следующим образом:
МНЛЗ (машина непрерывноголитья заготовок) четырехручьевая, производительностью 1 млн т в год. Сечениеотливаемых заготовок: квадратных (120/>120; 140/>140; 160/>160 и 180/>180 мм), круглых />180; />200 и />220мм) и плоских (100/>240 и 120/>300мм). Технологическая схема МНЛЗ представлена нарисунке 2, а техническая характеристика представляется следующими данными:
— расстояние междуручьями – 1200 мм;
— радиус базовой стенкикристаллизатора – 8м;
/>
Рис.1. Литейно-прокатныймодуль с косовалковым планетарным станом PSW для производства легированного мелкого сорта (схемарасположения оборудования).
1 – четырехручьевая МНЛЗ;2 – огневые резаки; 3 – передаточно-загрузочный шлеппер; 4 – нагревательнаяпечь с шагающими балками; 5 – устройство для гидросбива окалины; 6 – обжимнаяпланетарная клеть типа PSW; 7– летучие ножницы для обрезки концов; 8 – черновая группа клетей 420; 9 –аварийные летучие ножницы; 10 – промежуточная группа клетей 330; 11 –разделительная клеть; 12 – разделительный желоб; 13 – чистовая группа клетей250; 14 – летучие ножницы; 15 – холодильник; 16 – роликоправильные машины; 17 –передаточно-сортировочные стеллажи; 18 – ножницы холодной резки готовойпродукции; 19 – штабелеукладчик с упаковочным устройством; 20 – шлеппер истеллаж предварительного охлаждения легированных сталей; 21 – термостатныеагрегаты замедленного охлаждения легированных сталей; 22 – передаточный шлепперсо стеллажами окончательного охлаждения; 23 – сортировочный стеллаж; 24 –стеллажи с карманами отбракованной продукции; 25 – передаточная тележка; 26 –яма для окалины; 27 – дымовая труба; 28 – уборочно-загрузочная решетка.
/>
Рис.2. Технологическаясхема комбинированного литья заготовок различного поперечного сечения на МНЛЗ.
1 – промежуточный ковш; 2– стакан-дозатор; 3 – выступ вокруг стопора-моноблока; 4 – радиальныекристаллизаторы с большим и малым поперечными сечениями; 5 – тянущие клети; 6 –подвижные установки газовых резаков.
— число точек разгиба – 2шт;
— радиус разгиба — 15м;
— масса жидкого металла всталеразливочном ковше – 120т;
— масса жидкого металла впромковше – 25т;
— уровень металла впромковше — 800мм;
— скорость разливки – 2,5– 5,9 м/мин;
— тип затравки — «жесткая»;
— длина гильзыкристаллизатора:
при отливке квадратныхзаготовок – 1100мм,
при отливке круглыхзаготовок – 800мм;
— вторичное охлаждение:
тип — воздушное,
число зон – 3 шт;
— вид режущего устройства– кислородно – газовое;
— количество плавок всерии – до 15шт.
Для улучшения качестваповерхности и снижения внутренней неоднородности слитка в МНЛЗ предусмотреноэлектромагнитное перемешивание металла в кристаллизаторе. Параметры качания вкристаллизаторе выбираются в зависимости от скорости разливки: амплитудаколебания до 16мм, частота до 400 кач/мин, — все это позволяет исключитьзависание образовавшейся корочки металла. Скорость движения охлаждающей вкристаллизаторе 12 – 15 м/с при максимальном давлении 8 бар [3].
Тип промежуточного ковша«дельта». Тележка промежуточного ковша оборудована системой взвешивания,которая обеспечивает стабильность уровня стали в ковше.
Регулирование расходаметалла на ручей осуществляется за счет стаканов – дозаторов.
Зона вторичногоохлаждения состоит из 3-х независимых участков общей длиной 6,5м. Тем самымвторичное охлаждение подразделяется на участки для оптимизации затвердевания сцелью ограничения температуры вторичного разогрева поверхности заготовки иуменьшения термических напряжений для исключения возможности образованиявнутренних напряжений в заготовке при выпрямлении, тянуще – правильный агрегатспроектирован с большим радиусом и двумя точками правки.
Маркировочная машина МНЛЗавтоматически выполняет маркировку заготовок в соответствии с номером плавки,номером ручья и номером заготовки на ручье.
МНЛЗ оборудованасовременной системой автоматики, которая управляет всем процессом разливки отначала и до конца серии.
Устройство для огневойрезки непрерывно литых заготовок. В настоящее время являются наиболее простымиспособами для получения мерных сортовых заготовок. Эти устройства представляютсобой передвижные машины с газокислородными резинами, которые в момент резадвигаются вместе с машиной на которой они установлены со скоростью движениязаготовки и после порезки возвращаются в исходное положение.
Передаточно – загрузочныйшлеппер. Предназначен для разгрузки ручьев МНЛЗ от порезанных заготовок иподачи их для посадки в нагревательную печь для дополнительного нагрева. Спомощью специального бокового сталкивателя, заготовки попадают на этот шлеппер– стеллаж по которому перемещаются с помощью специального «шагающее — блочного»механизма. Ширина посадочно – загрузочного шлеппера позволяет перемещатьзаготовку длиной до 12м.
Нагревательная печь с«шагающими балками» предназначена в основном для дополнительного нагревагорячих непрерывно – литых заготовок, а также для нагрева холодных заготовок впроцессе аварийных или плановых остановок МНЛЗ. Печь имеет две системы шагающихбалок, рассчитанных на горячий и холодный всад, обеспечивает двухстороннийобогрев поступающих заготовок с помощью газовых горелок, использующих природныйгаз. Печь позволяет нагревать заготовки длиной до 12м. Длина печи составляет32м, производительность до 120 т/час.
Устройство для гидросбиваокалины камерного типа, обеспечивает подачу воды к поверхности нагретойзаготовки с окалиной под давлением 16,7 МПа. Минимальное расстояние от сопла доповерхности заготовки составляет 200мм. Устройство имеет одно разбрызгивающеекольцо, на котором размещены восемь сопел с наконечниками из твердых сплавов.Расход воды в каждом сопле 8 литр/с, суммарный расход воды />23/>/ч. Управление устройством для удаления окалиныавтоматическое.
Обжимная планетарнаякосовалковая клеть типа РSW-200, принципиальная схема которой представлена на рис. 3, состоит из стационарногоредуктора и ротора с тремя расположенными под углом 120/> головками валков. Клеть имеет две отдельные системыприводов: главный и компенсационный (суперпозиционный) привод. От приводовмогут располагаться перпендикулярно от прокатки и параллельно, как этовыполнено в проекте.
Согласно схемамконструкции стана (клети), представленных на рис. 3б и в, главный привод черезступень с цилиндрическими шестернями приводит в движение мотор. При этомустановленные под углом 120/> промежуточные шестерни обегают, расположенную вцентре солнечную шестерню. Промежуточные шестерни находятся в зацеплении спланетарными шестернями, которые жестко насажены на шпонках на коническихвалках – шестернях. Они приводят в движение три вала, которые прямо встроены вголовки валков.
Таким образом, главныйпривод вызывает вращение ротора вокруг солнечной шестерни и тем самымодновременное вращение трех валков вокруг собственных осей.
Вращение солнечнойшестерни осуществляется непосредственно от компенсационного (суперпозиционного,планетарного) привода через ступени с коническими и цилиндрическими шестернями.При помощи регулируемого компенсационного привода производится коррекция общегопередаточного числа клети, посредством чего предотвращается закручиваниепрокатываемого материала на выходной стороне. Благодаря этому такую конструкциюкосовалковой – планетарной клети можно использовать также в процессахнепрерывной прокатки. Оба конца ротора укреплены в подшипниках качения. Такая конструкцияопор позволяет учитывать максимальную массу ротора. Планетарная клеть оснащенацентральным механизмом установки валков. Для осуществления установки роторостанавливается. Одновременно через кольцевую гидролинию приводятся в действиеуправляемые цепные муфты, которые соединяют установочные втулки с коническимишестернями. Установка валков производится при уменьшенных крутящем моменте ичастоте вращения при помощи компенсационного привода. Соответствующее положениевалков фиксируется импульсным датчиком на электродвигателе компенсационногопривода и демонстрируется на пульте управления в форме цифровой индикации [4].
Представленная на рис.3бконструкция планетарной косовалковой клети, имеет усовершенствованный корпусвалковой головки с эксцентриковым механизмом настройки валков, которыйобеспечивает поворот относительной оси не совпадающей с осью промежуточногоколеса и совершает сложное движение, определяемое кинематикой его приводногомеханизма. Поворот корпусов осуществляется от приводного эксцентрированногомеханизма относительно подвижной оси в пазах опорного кольца и корпуса валковойголовки для сохранения сцепления зубчатых колес. Благодаря выбору определенногосоотношения звеньев механизма настройки даже при значительном изменениивеличины раствора валков не происходит недопустимого бокового отклонения ихотносительно оси прокатки [5].
В проектепредусматривается установка косовалковой планетарной клети с приводомпараллельным от прокатки и с эксцентрированным механизмом настройки валков.Общий вид такого планетарного косовалкового стана (клети) типа РSW в действии представлен на рис. 4.
Планетарная косовалковаяклеть оборудуется в значительной степени автоматизированным устройством дляпередачи валков.
Охлаждение клетиосуществляется при помощи установленной по центру охлаждающей трубки двойнымистежками по замкнутому циркуляционному контуру. Клеть подсоединена кцентрализованной циркуляционной системе жидкой смазки. Наружные подшипники илабиринтные уплотнения смазываются консистентной смазкой.
Размеры прокатываемойкруглой заготовки диаметром 180-22мм позволяют выбрать планетарную косовалковуюклеть типа РSW-200. Техническая характеристикатакой клети может быть следующей:
— диаметр исходнойзаготовки, мм …………………………… 180-220;
— диаметр проката,выходящий из планетарной клети, мм …. .......70-90;
— скорость прокатки, м/с………………………………...0,5-0,6;
— коэффициент вытяжки…………………………………………..5,9-6,6;
— установленная мощность,кВт:
главного привода……………………………………………...…2/>1000;
компенсационного привода………………………………………..1000;
— частота вращениядвигателей приводов, об/мин ……………….0-600;
— частота вращения роторапланетарной клети, об/мин …………..0-170;
— подача при диаметрепроката 80 мм за один оборот ротора, мм до 200;
— материал…………………………………….углеродистые (С до 0,8 %),
легированные;
— температура прокатки, /> ……………………………………….1000;
— производительностьцентрализованной системы смазки, л/мин … 500.
Летучие ножницы дляобрезки концов, а также порезки раската при аварии и, при необходимости надлины, кратные ширине холодильника после прокатки. Эти ножницы устанавливаютсяпосле обжимной планетарной косовалковой клети и перед черновой группой клетей420. Максимальное сечение разрезаемых полос — 8100/>, при временном сопротивлении стали (при t=900/>) /> = 90 МПа Скорость подаваемого к ножницам металламожет быть от 0,5 до 0,8 м/с. Привод ножниц – от четырех 230кВтэлектродвигателей.
Задают раскат в ножницыследящими роликами, которые служат и для определения мгновенной скоростидвижения раската с целью синхронизации скоростей при резке.
Черновая группа клетей420 состоит из 6-ти двухвалковых рабочих клетей, имеющих номинальный диаметрвалков 420 мм и длину бочки 700мм. Все клети комбинированного типа, характернойособенностью которых является то, что в зависимости от прокатываемого профилярабочие валки при одном общей приводе (рис.5) могут быть расположенывертикально или горизонтально.
/>
Рис. 5. Схема приводакомбинированной рабочей клети (сплошные линии привод вертикальных валков;штриховые – горизонтальных).
1 — электродвигатель;
2 — вертикальный валок;
3 — горизонтальный валок.
Кассета с горизонтальнымивалками устанавливается на раме и фиксируется на ней в определенном положениигидрозажимами. При переходе на прокатку в вертикальных валках горизонтальныевалки отсоединяются от горизонтальных шпинделей, кассета поворачивается на 90/>, валки подсоединяются к телескопическим шпинделям, которыепри переключении привода гидроцилиндром получают вращение от электродвигателя.
Кассета унифицирована длягоризонтального и вертикального расположения валков. Соединение валков сошпинделями осуществляется автоматически.
Конструкция самой кассетывыполнена бесстанинной, предварительно напряженного типа, что при сравнении склетью обычной конструкции и при меньшей массе отличается более высокойжесткостью (в 2,5 — 4 раза) и позволяет осуществлять высокоточную прокатку [6].
Мощность привода каждойклети черновой группы осуществляется от однотипных двигателей мощностью 600 кВти максимальной угловой скоростью 275 об/мин.
Аварийные летучие ножницыротационного типа устанавливаются между черновой и промежуточной группамиклетей и служат для аварийной порезки раската, а также для обрезки переднегоконца с целью обеспечения надежного захвата металла валками после прохожденияраската черновую группу клетей. Максимально разрезаемые сечения раската 1600 />, временные сопротивления стали при температуре 800/>, у = 90 МПа, максимальная скорость полосы при резе 5м/с [7].
Промежуточная группаклетей 330 состоит из 4-х клетей, из которых три двухвалковые предварительно –напряженные и одна универсальная, где прокатка ведется в 4-х валках. Перваяклеть с вертикальными валками, а вторая и четвертая с горизонтальными валками.Последняя (четвертая) клеть одновременно является и разделительной, гдепроизводится прокатка – разделение.
Разделительный желобпредназначен для направления, разделенного на две части проката, в чистовыегруппы клетей. Имеет заостренный разделитель и проводковую удерживающуюарматуру.
Чистовые группы клетей250 (обе) состоят из двух предварительно – напряженных клетей, схема которыхпредставлена на рис.6. Первая из них с вертикальным расположением валков,вторая – с горизонтально расположенными валками. Обе клети двухвалковые.Мощность привода каждой клети составляет 400 кВт при числе оборотов 160 – 1200об/мин. В одной из групп возможно увеличение рабочих клетей до 5.
Летучие ножницыротационного типа расположены за чистовыми группами клетей и устройствамипоследеформационного охлаждения проката, поступающего на холодильник.Максимально – разрезаемая площадь 650/> при скорости реза до 18 м/с. Максимальное временноесопротивление разрезаемых сталей при температуре 900/>, не выше 90 МПа.
/>
Рис.6. Предварительнонапряженная рабочая двухвалковая клеть 330 (конструкции ВНИИ метмаша).
1 – стяжная гайка; 2 –нажимной механизм; 3 – стяжной болт; 4 – верхняя подушка; 5 – валки; 6 – нижняяподушка.
Рабочие валки станаизготавливают из стали и чугуна. Так, грибовидные валки косовалковойпланетарной клети изготавливаются из легированной высокопрочной стали 9хф2,рабочие валки черновой и промежуточной группы клетей изготавливают из чугунаИСО сфероидизированным графитом. Валки чистовой группы клетей из отбеленногочугуна СП-62.
Все валки станаукомплектованы подшипниками качения.
На стане применяютпривалковую арматуру качения и скольжения.
Перевалка валков черновойгруппы клетей осуществляется кассетами с помощью специального перевалочногоустройства, а валки промежуточной и чистовой групп клетей осуществляется путемзамены клетей с последующей заменой валков на монтажном стенде.
Холодильник дляохлаждения углеродистых и низколегированных сталей имеет длину 60 м и состоитиз двух частей, принимающих порезанные полосы от каждой чистовой группы клетей.Конструкция холодильника – реечного типа. На холодильнике прокат остывает,перемещается в поперечном направлении, укладывается на цепное перекладывающееустройство длиной 60 м. С перекладывающего устройства по отводящему рольгангухолодильника со скоростью до 5 м/с транспортируется к правильной машине. Дляускоренного охлаждения проката под решетками холодильника на выходной егостороне, установлены осевые вентиляторы, сориентированные так, что их воздушныйпоток направлен наклонно вверх против направления перемещения проката.Производительность каждого вентилятора – 26000 />/час.
Роликоправильные машины,которых предусмотрено 4, имеют по 9 роликов диаметров по 250мм и предназначеныдля выборочной правки сортового проката. Скорость правки около 5 м/с,заправочная скорость 1 м/с, длина правильного ролика 760мм, шаг правильныхроликов 250мм, максимальный момент правки 6кН/>м. Мощность двигателя привода 150квт. Правкапроизводится одновременно в несколько ручьев. Если правка профилей непредусмотрена правильная машина заменяется секцией рольганга. После правильноймашины раскат поступает на передаточно – сортировочные стеллажи.
Передаточно –сортировочные стеллажи выполняют роль окончательного охлаждения полос, на нихпроизводится отсортировка и сборка продукции в пачки для порезки на ножницаххолодной резки. Длина передаточно – сортировочного стеллажа 60м.
Ножницы холодной резкипредназначены для обрезки передних концов и последующего деления пакета намерные длины, используя подвижной упор. Одновременно может разрезаться допрутков диаметром до 25мм с /> =1400МПа при резке профилрованными ножами. Частотарезания 8 резов/мин. Длина ножей 700мм, ход 30мм, диапазон настройки передвижногоупора 6-12м. После порезки профили поступают на штабелер – укладчик супаковочным устройством.
Штабелер – укладчик супаковочным устройством. Перекладывающее устройство штабелера цепного типанаправляет прутки к пакетирующему устройству и оттуда попадают на сборникипакетов, где необходимое для пакета число прутков (при максимальном диаметрепакета 500мм и массе 10т) взвешивается и передается к установочному устройству,где пакет уплотняется с последующей обвязкой вязальными машинами (диаметрпакета от 250 до 500мм). После навешивания бирки готовые пакеты электромостовымкраном укладываются в штабели или непосредственно в железнодорожные вагоны илиавтомашины.
Устройство ускоренного ирегулируемого охлаждения. Прокат круглого сечения из специальных и легированныхсталей и профили для армирования железобетонных конструкций после порезки налетучих ножницах транспортируются при помощи трайб – аппаратов через установкуускоренного регулированного охлаждения, которое обеспечивает термическоеупрочнение, снижение вторичного окалинообразования и повышения механическихсвойств.
Участок охлаждения длиной80м включает 13 секций охлаждения. Диаметры охлаждающих труб 25-40мм.Максимальный расход воды 100 />/ч на секцию. На участке установлено 3 трайбаппарата сприжимным усилием ролика 5кН и диаметром 250мм. Скорость транспортировки от 8до 20 м/с. Давление подаваемой в секции воды до 2,5 МПа с температурой ≤40 />. Линия термоупрочнений имеет воздушные отсекатели,которые питаются от воздушной магистрали с давлением 0,5-0,7 МПа. Дальнейшееохлаждение раскатов производится на реечном холодильнике, интенсивно обдуваемомвоздухом. Регулированием системы охлаждения раскатов на данном устройствеобеспечиваются оптимальные режимы термоупрочнения.
Устройство термообработкипрофилей с прокатного нагрева. Некоторые стали после порезки на летучихножницах требуют быстрого охлаждения в воде и производят, как это было указановыше, но затем выдерживают в течение 2 -3 часов в специальных термостатныхустановках при 600 /> с последующим интенсивным охлаждением на воздухе. Дляизотермической выдержки предусмотрены камерные печи. После чего профилипоступают на правку, порезку, сортировку, штабелировку и упаковку на агрегатыподобные описанным выше.
Уборочно – загрузочнаярешетка предназначена для отправки дефектных литых заготовок на зачистку вразливочный пролет, а также подачи туда поступающих с МНЛЗ обычных литыхзаготовок при аварийной остановке стана.
Передаточные тележкипредназначены для передачи пакетов профилей из одного пролета в другой.Грузоподъемность тележки 10т, скорость транспортировки 0,1м/с.
Яма для окалины (илиокалиносборник) предназначен для сбора окалины, сливаемой водой из под рабочихклетей и рольгангов стана. Размеры поперечного сечения окалиносборника 10/>6м, глубина 12 м; он обшит толстолистовой сталью(толщиной 14мм).
2. Выбор прокатываемогосортамента, марок сталей, исходных заготовок с указанием ГОСТов и ТУ
Конструктивныевозможности проектируемого литейно – прокатного модуля с косовалковымпланетарным станом РSW дляпроизводства легированного мелкого сорта позволяют производить круглые,квадратные, шестигранные и полосовые профили из углеродистых,низколегированных, легированных, инструментальных, быстрорежущих,шарикоподшипниковых, рессорно–пружинных и высоколегированных сталейобыкновенной, повышенной и высокой точности, а также профили для армированияжелезобетонных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей обычной иповышенной точности. Отдельные виды проката могут поставляться термообработанными[7].
Так, сортамент станавключает:
— сталь круглую,диаметром 15-25мм по ГОСТ 2590-88 и ГОСТ 22411-77;
— сталь квадратную,размерами 14- 24мм по ГОСТ 2591-88;
— сталь шестигранную, сдиаметром вписанного круга 15-25мм по ГОСТ 2879-88;
— сталь полосовую,размерами (4/>12)/>(40/>60)мм по ГОСТ 103-76, ГОСТ 4405-75 и ГОСТ 18968-73;
— сталь для армированияжелезобетонных конструкций с номером профиля 16-25 всех пяти классов по ГОСТ5781-82 и ГОСТ 10884-81.
Указанный сортаменткруглых, квадратных, шестигранных профилей прокатывают из следующих сталей:
— углеродистые:качественные конструкционные (ГОСТ 1050-88) и высококачественныеинструментальные У7а-У12А (ГОСТ 1435-74);
— легированные:конструкционные (ГОСТ 4543-71); инструментальные (ГОСТ 5950-73); рессорно-пружинные(ГОСТ14959-79); быстрорежущие (ГОСТ 19265-73);
— высоколегированныестали и сплавы – жаростойкие, жаропрочные, коррозийностойкие (ГОСТ 5632-72,ГОСТ 2246-70; ГОСТ 6862-71; ГОСТ 10994-74);
— сталь для сварочнойпроволоки (ГОСТ 2246-70) [7].
Профили для армированияжелезобетонных конструкций прокатывают из сталей: углеродистых обыкновенногокачества (ГОСТ 380-88) и низколегированных 35ГС, 25Г2С, 80С, 20хг2ц (ГОСТ5781-82).
Исходной заготовкой дляпроката указанного сортамента является круглая литая заготовка диаметрами 180,200 и 220мм поступает с МНЛЗ комплекса по специально установленным техническимусловиям. Предельные отклонения по размерам значительно (в 2-3 раза) меньше чему катаных заготовок и составляют />1,5мм. Кривизна и овальность заготовки должнасоответствовать ГОСТ 2590-71 или оговариваться специальными внутреннимитехническими условиями (кривизна />5мм/м; скручивание /> 0,8%/м, овальность />8мм).
Отливаемые на МНЛЗкомплексе квадратные заготовки применять нецелесообразно, а прямоугольные невозможноиз-за того, что в качестве обжимной клети используется косовалковая планетарнаяклеть типа РSW. Указанные заготовки могут бытьтоварными или использоваться на других примыкающих сортопрокатных станах.Максимальная длина литых заготовок составляет 12м [3].
Все виды прокатапоставляются в прутках длиной до 12м с допусками по длине от +30мм до +70мм (взависимости от длины прутка.
Кривизна прутков недолжна превышать 0,5% длины (а по требованию потребителя не более 0,2% длины).Пруток должен быть разрезан под прямым углом к его продольной оси. Допускаемаякривизна реза не должна превышать 0,1 диаметра.
Доля профилей всортаменте стана составляет: сталь круглая – 50% (30% проволока и 20% мелкийсорт); сталь квадратная – 10%; сталь шестигранная – 10%; сталь полосовая – 10%;сталь для армирования железобетонных конструкций – 20%. Укрупненная программа,выпускаемых на стане профилей представлена в таблице 1.
Таблица 1. Укрупненнаяпрограмма, выпускаемых сортовых профилей литейно – прокатным модулем с косовалковымпланетарным станом РSW.Наименование продукции ГОСТ на продукцию Марка стали ГОСТ на материал Годовой объем производства, % тыс.тонн
1. Сталь круглая:
диаметром от 15 до 25мм
2590-88;
22411-77
10-60;
У7А-У12А;
30ХГС;
38ХН3МА;
9Х1,9ХС
Р9; Р18
60С2Г; 50ХФА
1050-88
1435-74
4543-71
5950-73
19265-73
14959-79 30 180,0 2. Сталь квадратная, со стороной квадрата от 14 до 24 мм 2591-88
10-60;
30ХГС;
38ХН3МА;
9Х1; 9ХС
1050-88
4543-71
5950-73 10 60,0 3. Сталь шестигранная, с диаметром вписанного круга от 15 до 25мм 2879-88
10-60;
У7А-У12А;
30ХГС;
9Х1; 9ХС
1050-88
1435-74
4543-71
5950-73 20 120,0 4. Сталь полосовая, толщиной от 4 до 12мм и шириной от 40 до 60мм
103-76
4405-75
18968-73
40-60;
У7А-У10А;
30ХГС;
60С2Г; 50ХФА
1050-88
1435-74
4543-71
14959-79 10 60,0 5. Сталь для армирования железобетонных конструкций, №16-25
5781-82
10884-81
Ст.5; Ст.6
35ГС;25Г2С;
80С; 20ХГ2Ц
380-88
5781-82 30 180,0 Всего всех профилей 100 600,0
3. Описаниетехнологического процесса в проектируемом литейно – прокатном модуле (цехе)
Общая технологияпроизводства сортовых профилей в литейно – прокатном модуле выглядит следующимобразом.
Сталь выплавляется всовременной 3-х фазной дуговой электропечи со сверхмощным трансформатором,садкой 120т.
Вся плавка разливается водин сталеразливочный ковш, который электромостовым краном подается в 4-хручьевой МНЛЗ. В дальнейшем жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает впромковш емкостью 25т, а из него в 4 кристаллизатора. Общая характеристика ипринцип действия МНЛЗ описан выше и представлен на нис.2.
Одним из основныхфакторов, обеспечивающих стабильность процесса литья заготовок и их качество,является оптимальный температурно – скоростной режим разливки металла на МНЛЗ,который зависит от температуры кристаллизации конкретной марки стали(химический состав стали).
В целом сегодня высокоекачество поверхности отливаемых заготовок обеспечивают автоматической подачейэффективных шлакообразующих смесей в кристаллизатор, использованием погружногостакана с четырьмя отверстиями, применением автоматического контроля уровняметалла в кристаллизаторе и индикацией температуры рабочей поверхностикристаллизатора на всем пути движения заготовки [9].
Непрерывно движущиесялитые заготовки разрезаются на требуемые длины с помощью передвижных машин сгазокислотными резаками, осуществляющими рез на ходу.
Порезанные литыезаготовки сталкиваются на передаточный шлеппер- стеллаж, где осматриваются игорячем состоянии не ниже 900/>подаются в нагревательную печь с шагающими балками.Дефектные заготовки, а также заготовки отливаемые при аварийной ситуации настане могут поступать на уборочно – загрузочную решетку и подаваться в литейныйпролет модуля (цеха), но затем уже их нагрев в последующем идет с холодноговсада, что резко понижает производительность печи и увеличивает расход тепла.
Заготовки, равномернонагретые до температуры 1000/> (а в некоторых случаях 1050/>) подаются к обжимной клети, представляющейкосовалковую планетарную клеть. Прокатка в этом случае может идти настолькоинтенсивно, что возможен разогрев заготовки дополнительно на 100 — 150/>.
Именно конструкция этойклети потребовала применение в основном круглых заготовок. В то же время, какпоказала практика, отливка круглых заготовок на МНЛЗ более экономична, надежна икачество их выше.
После нагрева передпрокаткой для тщательного удаления окалины, заготовки попадают в камеругидросбива окалины, где и происходит автоматическая операция по ее удалению.
Технологиюнепосредственной прокатки на стане можно рассмотреть с помощью схемы, гдеуказаны все виды рабочих клетей, объединенных в отдельные группы. Как видно изпредставленной схемы, прокатка осуществляется в 4-х группах клетей, каждая изкоторых выполняет определенные функции.
В обжимной планетарнойкосовалковой клети происходит очень интенсивная деформация круглой литойзаготовки в круглый раскат. Степень деформации в этой клети составляет около83-85%, а коэффициент вытяжки находится в пределах 5,9-6,6.
Такая интенсивнаядеформация повышает температуру раската на 70-100/> и температура прокатки находится в пределах 1000-1020/> и, следовательно, не завышает температуру нагрева[11].
Круглая заготовказадается через установленную по центру клети направляющую трубу. При пропускезаготовки она попадает одновременно на три валка. Головки валков установленыпод определенным углом таким образом, чтобы их три оси не имели в центре общейточки пересечения.
Благодаря такому смещениюосей круглая заготовка втягивается в область деформации; между тремя валками,имеющими форму усеченного конуса, образуется коническая зона деформации. Напереднем и заднем концах прутка образуются тубусообразные участки, длинакоторых зависит от коэффициента вытяжки.
Геометрия валков довольнопроста. Зона деформации (рис.8) в которой собственно происходит уменьшениесечения, образуется прямолинейной конической боковой поверхностью, затемследует также прямолинейный выравнивающий участок, длина которого выбираетсятаким образом, чтобы выходящий пруток имел гладкую поверхность. Размерцилиндрического колена должен обеспечивать возможность 10 кратной переточкивалка до его полного износа. Технология больших обжатий тремя валками в однойзоне деформации обеспечивает хорошее сжатие металла при указанных ранеекоэффициентах вытяжки.
Как указывалось выше,поперечно – винтовая прокатка обжимной клети осуществляется тремя коническимивалками, расположенными под углом 120/> по отношению друг к другу вокруг оси заготовки. Осивалков наклонены к плоскости ротора под углом 30/>.
Разворот валковотносительно оси прокатки в плоскости, параллельной ротору, на некоторый угол(5-20/>) обеспечивает создание осевой составляющей скорости и(через посредство сил трения скольжения, возникающих при этом на контакте сзаготовкой) втягивающее усилие, вынуждающее металл продвигаться в суживающуюсязону деформации. При этом нет необходимости в задающих или вытягивающихустройствах. Угол разворота непосредственно определяет величину осевой подачи всечении выхода, а также диаметр заготовки после прокатки.
Как видно,поперечно-винтовая прокатка может осуществляться только при соевом вращениизаготовки. Однако, осевого вращения заготовки допустить нельзя, так как в целомпрокатка ведется на непрерывном стане. И тогда, компенсация этого вращениязаготовки допускается планетарным вращением обоймы с рабочими валками с такойже угловой скоростью, но в обратном направлении. Привод обоймы (ротора) ототдельного регулируемого по частоте вращения двигателя позволяет исключитьлюбое самое незначительное вращение заготовки, вызванное, например, изменениемкоэффициента трения вследствие нестабильности технологических условий. Этимустранятся основные недостатки присущие обычной поперечно – винтовой прокатке:биение выходящего профиля вокруг своей оси, вызывающее необходимость примененияпромежуточных поддерживающих люнетов и исключающее получение длинномерныхраскатов, а также невозможность компоновки такого вида прокатки в непрерывномпроцессе с продольной прокаткой.
Использование принциповпоперечно – винтовой и планетарной прокатки в обжимной клети проектируемоголитейно – прокатного модуля, позволяет получать прокат симметричного круглогопоперечного сечения, неограниченной длины, с большой степенью вытяжки.
Конические валки,вращаясь вокруг оси заготовки (независимо от наличия своего собственного вращения),описывают в пространстве ассиметричную фигуру, поверхность которой может бытьопределена уравнением однополостного гиперболоида. Для установлениятехнологических параметров прокатки заготовки, поступающей в зону деформациитакой формы между тремя коническими валками, каждый из которых имеет свой очагдеформации, существует определенное теоретическое исследование [11],позволяющее представить расчетную схему определения геликоидальной поверхностина планетарном косовалковом стане (см. рис.9)
/>
Рис.9. Расчетная схемаопределения геликоидальной поверхности на планетарном стане
а – при винтовом движенииближайшей образующей;
б – технологическихпараметров геликоида;
в – длины очагадеформации.
Расстояние L между плоскостями сечений входа ивыхода равно b: />, где b=/>, является проекцией линии выхода из очага деформациина плоскость входа (выхода). Собственно длина линии выхода частиц металлаопределяет ширину контактной поверхности очага деформации В, котораяопределяется как
/> (3.1)
Контур поперечных сеченийзоны деформации представляет собой выпуклый кривошипный треугольник, обладающийсимметрией вращения без отражений. Выпуклые стороны треугольника очерченыэвольвентными кривыми, вогнутые участки –эллиптические (наклонные сеченияконической поверхности валка).
Выходящий из валковпрофиль при прокатке на планетарном косовалковом стане также представляет собойтрехзаходный геликоид вращения, контур поперечного сечения которого представленвыпуклым эвольвентным треугольником, описанным вокруг расчетного круга радиусаа.
Высота винтовых гребнейна поверхности профиля, образованных вершинами этого треугольника, относительноразмера — а, лежит в пределах 0,6-0,8мм.Так как эти винтовые гребни имеютотношение глубины к высоте не менее 1:20 />1:30 как в продольном так и в поперечном направлениях,то они раскатываются в первых же двух проходах после планетарной прокатки вобжимной клети. Это позволяет в дальнейшем использовать получаемый подкат дляпрокатки профилей с высокой точностью, а также даже для волочения специальныхпрофилей.
Итак, применение впроекте в обжимной клети косовалкового планетарного принципа прокатки даетследующие преимущества:
— высокие вытяжки запроход, способствуют снижению массы устанавливаемого оборудования при заданнойпроизводительности;
— компактностьконструкции и малая занимаемая площадь;
— полная непрерывность имонотонность процесса деформации, отсутствие ударных динамических нагрузок и,следовательно, низкий уровень шума;
— отсутствие вводной ивыводной арматуры, относительная простота электропривода;
— возможность перехода сразмера на размер простой перестройкой положения валков (без перевалки);
— высокомеханизированноеи автоматизированное управление работой клети, в результате чего управлениеможет осуществлять 1 человек;
— низкие простоиоборудования (перевалка трех валков осуществляется за 15 минут);
— уменьшение первичногоокалинообразования, обрези и сокращения неполадок в зоне черновой прокатки, чтопозволяет увеличить показатели выхода годного на 1%;
— улучшение всехпоказателей качества проката.
Непрерывно – выходящий изобжимной косовалковой планетарной клети круглый раскат диаметром 70-90ммпроходит через летучие ножницы для обрезки концов, что способствует улучшениюзахватывающей способности валками черновой группы клетей.
Черновая группа клетей420, состоящая из 6-ти комбинированных клетей повышенной жесткости позволяетвести прокатку с более высокой точностью. Калибровка валков этих клетейпроизводится по системе овал – круг. Такая система вытяжки валков наиболеепредпочтительная, так как позволяет увеличить качество (точность) ипластичность раскатов, что особенно важно при получении сортовых профилей нетолько из углеродистых, но и легированных и высоколегированных сталей.
Для лучшего захватараската валками промежуточной группы клетей передний конец его в отдельныхслучаях может обрезаться на аварийных летучих ножницах, находящихся междучерновой и промежуточной группой клетей. Но основное назначение этих ножницпредназначено для аварийной порезки раската.
Промежуточная группаклетей 330 состоит из 4-х клетей, три из которых предназначены для подготовкираската к разделению, в связи с чем калибровка валков их определенным образомрассчитана и предназначена для этого. Клети эти также выполнены с повышенной жесткостьюдля обеспечения высокоточного раската. Особенностью прокатки в последней клетиэтой группы клетей является прокатка раската с одновременным его разделением.
Прокатка – разделениеявляется третьим оригинальным технологическим решением (после использованиеМНЛЗ и косовалковой планетарной прокатки) в данном проекте.
В настоящее времяпредложено несколько способов прокатки – разделения раската в валках. Большиетеоретические и экспериментальные исследования в этом вопросе, а такжедостаточно большой практический материал позволяют с успехом применять этоторигинальный процесс в новых проектах прокатных станов [1,12,13]. Рассмотрим некоторые из них, прежде чем принятьтот, который будет использован в данном проекте.
Так, например, в работе[1] предусматривалась возможность продольного разделения раската в горячемсостоянии в калибрах взаимно эксцентричных друг к другу и с переменным поокружности валка расстоянием между ними.
Однако, сведения обэкспериментальной надежной и практической проверке этого способа в техническойлитературе отсутствуют, что не позволило предложить его данном проекте.Сложность этого способа определяется и изготовлением калиброванных валков совзаимным эксцентриситетом и др.
Современная технологияпрокатки – разделения использует следующие способы продольного разделения прискоростной прокатке.
Из представленных нарисунке способов наиболее качественное разделение давали способы: встречногосдвига в калибре (рис.11, а); с помощью резки на неприводных дисковых ножницах,установленных на привалковом брусе на минимальном расстоянии от валков(рис.11, б); разделение сдвигом по совпадающим наклонным граням раската(рис.11, г), и разрыв перемычки клиновым гребнем валка (рис.11, д). Однако иуказанные способы имеют каждый свои преимущества и недостатки и пока нетбезапелляционных рекомендаций в их использовании.
В связи с практическимиданными и многочисленными исследованиями согласно работы [1] было намечено вданном проекте остановиться на способе разрыва перемычки клиновыми гребнямивалков (по аналогии с рис.11, д). В связи с таким способом прокатки — разделения
Была предложена особаякалибровка валков промежуточной группы клетей 380. Для построения и расчетаспециальных калибров валков были использованы рекомендации [1].
В промышленных условияхкачество раскатов и готовой продукции, полученной прокаткой – разделением всочетании с непрерывно-литой заготовкой на МНЛЗ, исследовала японская фирма«Мицубиси дзюкоге» [1]. Так, место на литой заготовки переходило в зонусочленения заготовок, подвергаясь максимальной степени деформации. Былоустановлено, что макроструктура металла в зоне перемычки достаточно плотная иоднородная. Изменение макроструктуры поперечного сечения раската придвухручьевой схеме прокатки-разделения представлено на рис.12. Так, даже послебольшой (/>) степени деформации в зоне перемычки ликвационнаязона не изменят первоначальной конфигурации удовлетворяет требованиямстандартов по механическим свойствам. Не установлено также негативного влиянияпроцесса прокатки –разделения на условия ускоренного охлаждения проката впотоке стана и его механические характеристики. Глубоким травлением поперечныхсечений образцов во всех случаях выявлена плотная структура металла иликвационный квадрат не обнаружен.
В дальнейшем разделенныйраскат в виде квадратного сечения поступает в две чистовые группы клетей 250 ипрокатывается в них до готового профиля (круга, шестигранника, квадрата илиарматурного профиля). При прокатке полосы необходима сквозная смена калибровкивалков.
Для получения высокоточногопроката рабочие клети чистовой группы, как уже указывалось выше, проектируютпредварительно – напряженными, т.е. имеющими повышенную жесткость.
Прокатанный профиль ввиде круга, квадрата, шестигранника, арматурного профиля или полосы разрезаетсялетучими ножницами ротационного типа на 60-ти метровые штуки, которые поступаютна обычное или ускоренное охлаждение.
Скорость порезки,выходящих из последней клети раскатов, составляет от 8 до 10м/с и зависит отсечения прокатного профиля. Качество реза на летучих ножницах данного типаапробировано практикой работы их на существующих мелкосортных и среднесортныхстанах и обеспечивается необходимыми требованиями.
Обычный сортовой прокатразрезается летучими ножницами на длины, соответствующие длине холодильника.Холодильник реечного типа длиной 60м. На холодильнике прокат остывает,перемещается в поперечном направлении; укладывается на цепное перекладывающееустройство, где формируются пакеты прутков дл дальнейшей порезки на мерныедлины и правки (при необходимости). Длина передаточно-сортировочного стеллажасоставляет также 60м.
Для ускорения охлажденияпроката под решетками холодильника, на выходной ее стороне, установлены осевыевентиляторы, сориентированные так, что их воздушный поток направлен наклонновверх против направления перемещения проката. Производительность каждоговентилятора составляет 20000м/с.
С холодильникаохлажденный прокат поступает на роликоправильную машину, где в случаенеобходимости правится со скоростью 4 м/с. Если правка профилей непредусмотрена, правильная машина заменяется секцией рольганга.
От участка правки прокатпоступает по транспортному рольгангу и передается к упору. Затем с помощьюцепного перекладывающего устройства передаточно-сортировочного стеллажа ивыравнивающего упоронакопителя формируется пакет для порезки на ножницаххолодной резки.
После порезки на ножницахпрокат сортируют в потоке и передают на отводящую рольгангу по участокпакетирования и штабелирования. На участке пакетирования прутки передают вкарманы для увязки, а отбракованные в специальные противоположно расположенныекарманы.
На участке увязки каждыйпакет обвязывается 4-мя автономно работающими вязальными машинами. Времяобвязки около 12с, максимальный диаметр пакета 300мм, масса пакета 1-5т.
После взвешивания инавешивания бирок пакеты отправляются на склад готовой продукции для дальнейшейотправки потребителю.
Сортовой прокат изспециальных сталей имеет другую технологию охлаждения. Она можетпредусматривать вначале для ряда сталей ускоренное охлаждение, а в витой частизамедленное охлаждение.
Так, например, прокаткруглого сечения для формирования железобетонных конструкций после порезки налетучих ножницах транспортируют при помощи трайб-аппаратов через установкуускоренного регулируемого охлаждения, которое обеспечивает термическоеупрочнение, снижение вторичного окалинообразования и повышение механическихсвойств.
Эта установкарасполагается рядом (параллельно) с отводящим рольгангом после порезки раскатана летучих ножницах. Попадает раскат на установку с помощью специальногонаправляющего устройства.
При такой технологииохлаждения раскат после прокатки режется летучими ножницами на 12-метровыештуки, которые поступают на участок ускоренного охлаждения длиной 72 м,включающий 5 секций охлаждения. Диаметр охлаждающих труб 30, 40 и 50мм.Максимальный расход воды 200 />/час на секцию. На участке установлено 5трайб-аппаратов с прижимным усилием ролика 5 кН и рез ролика 6-10м/с.Охлаждающая секция длиной 8м прямоточная проходного типа, состоит из подпитывающейванны, охлаждающей трубы и двухотсечного устройства отработанного охладителя:водяного и воздушного. Длина активной зоны охлаждения всей линиитермоупрочнения- 40м. Давление воды, подаваемой в секции охлаждения до 2,5МПа,температура охлаждающей воды ≤40℃. Линия термоупрочнения имеетвоздушные отсекатели отработанного охладителя, с давлением 0,5-0,7МПа.Регулированием системы охлаждения раскатов на установке обеспечиваютсяоптимальные режимы термоупрочнения.
Температура самоотпускапроката после термоупрочнения составляет: дл класса Ат-ІІІс-580-650℃; Ат-IV -480-580℃; Ат- V-400-500℃; Ат-VI-350-450℃; Ат-VII-300-350℃.Режим термоупрочнения стали дляармирования устанавливается в зависимости от температуры самоотпуска ипроцентного содержания магнитной фазы изменением давления и количества воды приодноступенчатом охлаждении.
При одноступенчатомохлаждении прокат, выйдя из последней клети прокатного стана и порезки налетучих ножницах, охлаждается в последовательно расположенных секцияхустановок, а затем транспортируется на холодильник.
При двухступенчатомохлаждении профиль охлаждается вначале в секциях установки ускоренногоохлаждения, затем проходит на открытом холодильнике участок отогреваповерхности и окончательно термически обрабатывается (изотермическизакаливается) в термостойких агрегатах замедленного охлаждения. Выбор схемыупрочнения зависит от химического состава стали, профилеразмера и классапрочности.
Дальнейшая отделка(правка, порезка, упаковка) для проката из специальных сталей производитсяаналогичным образом, как и для проката из обычных сталей.
4. Баланс металла
Баланс металла политейно-прокатному модулю должен соответствовать в статьях прихода массеисходной жидкой стали и ее равенству по массе статьям расхода на МНЛЗ, принагреве в нагревательной печи (угар) и при прокатке на стане (обрезь).
На основании существующейпроизводительности подобных прокатных станов, работающих за рубежом, а также сучетом достигнутых расходных коэффициентов или показателей выхода годного можносоставлять баланс металла по проектируемому литейно-прокатному модулю.
Так, в настоящее время,вероятным является получение бездефектных непрерывно-литых заготовок вколичестве 97% от выплавляемой стали [1].
Опыт работымелкосортно-проволочных станов за рубежом, где в качестве обжимной клетииспользовалась 3-х валковая планетарная клеть и литая заготовка показал, чтовыход годного составляет 96,0% [4].
Работа нагревательныхпечей с шагающими балками позволяет снизить угар металла до 1,5%. Однако втехнологии проектируемого стана такая нагревательная печь работает в основномна «горячем всаде» и поэтому угар металла реально может быть снижен до 1,2%.
Так как общие потериметалла при прокатке непрерывно-литых заготовок на стане составляют 4%, тоочевидно обрезь концов будет составлять разность между полными потерями настане и угаром, т.е. 4%-1,2%=2,8%.
Как показывает практикаработы все показатели расходов металла на обрезь и угар могут быть увеличены на20% от средних значений, указанных выше, при производстве сортового проката изкачественных и высококачественных углеродистых и легированных сталей: и,наоборот уменьшены на 20% при производстве сорта из обыкновенныхнизкоуглеродистых сталей.
Если выход годногообозначить как ВГ, то расходный коэффициент – Кр может быть определен какобратная величина, т.е. Кр=1/ВГ.
Таким образом,основываясь на выше представленных сведениях по выходу годного металла ииспользуя принятую ранее укрупненную программу выпуска продукции (см.табл.1),можно представить баланс металла по проектируемому литейно-прокатному модулю вформе следующей таблицы 2.
Таблица 2. Баланс металлапо проектируемому литейно-прокатному модулю с косовалковым планетарным станом РSW для производства мелкого сорта
№
п/п Наименование продукции и вид стали Годовая программа
Расх.
коэф-т,
Кр Выход годного – ВГ, % Непрерывно-литая заготовка Обрезь Угар тыс.т. % тыс.т % тыс.т % тыс.т % 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Сталь круглая (диам. 15-25мм), из среднеуглеродистой и низколегиров. стали 60,0 10,0 1,042 96,0 62,52 9,97 1,75 2,8 0,75 1,2 2 Сталь круглая (диам. 15-25мм), из высокоуглеродистой и высоколегиров. стали 120,0 20,0 1,050 95,2 126,0 20,1 4,16 3,3 1,89 1,5 3 Сталь квадратная со стороной квадр. 14-24мм из обыкновенной углеродистой стали 30,0 5,0 1,033 96,8 30,99 4,95 0,71 2,3 0,28 0,9 4 Сталь квадратная со стороной квадр. 14-24мм из среднеуглеродист. и низколегир. стали 30,0 5,0 1,042 96,0 31,26 4,99 0,88 2,8 0,38 1,2 5 Сталь шестигранная с диам. впис. окружности 15-25мм из высокоуглеродистой и высоколегирован. стали 120,0 20,0 1,050 95,2 126,0 20,1 4,16 3,3 1,89 1,5 6 Сталь полосовая 4-12Ч40-60мм из среднеуглеродистой и низколегированной стали 60,0 10,0 1,042 96,0 62,52 9,97 1,75 2,8 0,75 1,2 7 Сталь для армирования железобетонных конструкций%16-25 180,0 30,0 1,042 96,0 187,56 29,92 5,25 2,8 2,25 1,2 Итого: 600,0 100,0 1,045 95,72 626,85 100,0 18,66 2,98 8,19 1,30
Таким образом, дляпланируемой производительности необходимо 626,85 тыс.т литых сортовыхзаготовок, а для их получения необходимо выплавить 646,24тыс.т. стали.
5. Калибровка валков дляпрокатки круглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокойточности
Прокатка на проектируемомлитейно-прокатном модуле с планетарным косовалковым станом производится в 13клетях, которые условно, как было показано на рис.7, выделены в следующиегруппы: обжимную (в виде планетарной клети), черновую (в количестве 6 клетей),промежуточную (из 4-х клетей) и 2 чистовые группы (по 2 клети).
В обжимной планетарнойкосовалковой клети прокатка производится из круглой литой заготовки в круглуюкатаную с большой степенью деформации.
В дальнейшем прокаткакруглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокой точностипроизводится следующим образом.
В черновой группе клетейпрокатка из круглой заготовки в овальный профиль производится по одной изсистем вытяжных калибровок – системе овал – ребровой овал, которая наиболееподходит для производства круглых профилей высокой точности из высокопрочныхлегированных сталей [14].
Необходимый переход к ромбическойи квадратной форме раската с последующим продольным разделением осуществляетсяв специальных калибрах подготовительной группы клетей по рекомендациям иметодикам [12].
И, наконец, в чистовыхгруппах клетей проката каждой нити разделенного раската, производится посистеме квадрат-овал-круг, которая находит широкое применение для переводаквадратного сечения в круглое (для прокатки мелкосортной круглой стали [14].
Расчет калибровки круглойстали диаметром 18 мм производится против хода прокатки.
Расчет калибров чистовойгруппы клетей стана. Для прокатки круглой стали используют несколько схемкалибровок, которые применяются в зависимости от размера профиля, качествастали, типа стана и его сортамента, а также других условий прокатки. Однако вовсех случаях предчистовым калибром является либо обычный однорадиусный овал,либо плоский овал. Но более широко применяются предчистовые однорадиусныеовальные калибры с отношением осей />=1.5/>, причем для хорошей устойчивости в круглом калибреовальный профиль должен иметь значительное притупление. Подготовительнымкалибром является разделительный калибр производящий два диагональных раската.
При всех способахпрокатки чистовой круглый калибр выполняют с «развалом» — выпуском дляпредотвращения переполнения калибра и получения правильного круглого профиля.Построение такого круглого калибра показано на рис. 14.
/>
Рис.14. Построениечистового круглого калибра.
При конструированиичистового круглого калибра необходимо учитывать температурное расширениеметалла и допуски на отклонение размеров готового профиля.
Построение круглогокалибра производится следующим образом. На окружности диаметра />лучами, проведенными из центра калибра под углом /> к горизонтальной оси, определятся точки началавыпуска боковых сторон калибра и определяют ширину калибра /> [14].
Для расчета диаметрапрофиля в горячем состоянии в чистовой клети стана (клеть 13-я), используетсявыражение
/>=(1.012/>1.015)(/>+/>) (1)
где /> - диаметр профиля в холодном состоянии;
/> – минусовый допуск
Расчет будем производитьпри прокатке легированной стали 30ХГСА в круглый профиль /> высокой точности. И, тогда согласно ГОСТ 2590-88,допуски составят: +0.1мм и -0.3мм, а диаметр профиля в горячем состоянии будет
/>= 1.013 (18-/>) = 18.1 мм.
Ширина чистового калибра /> (согласно рис.14) будет
/>=/> (2)
Где /> - угол выпуска, который на практике для диаметровкруглой стали 10-30 мм принимают 26.5/>
И тогда />= /> = 20.22 мм.
Зазор между буртамикалибра – S выбирают в пределах (0.08/>0.15)/> и тогда,
S = 0.11/>1.81 = 2.0 мм.
Точки пересечения линийзазора S с линией выпуска определяют ширинувреза ручья /> , которая определяется как
/>= /> - />;
Подставляя значенияполучим
/>= 20.22 – /> = 18.22мм. (3)
Закругления буртоввыполняют радиусом
/>= (0.08 – 0.10)/> и тогда
/>=0.0085/>18.1 = 1.5мм.
Профиль будет иметькруглую форму, если ширина />=/>. При этом степень заполнения калибра — /> будет
/>=/>=/> = 0.895. (4)
Правильно выполненныйкруглый профиль в чистовом калибре 13-ой клети будет иметь площадь поперечногосечения
/> = /> = /> = 257.3 /> (5)
Чистовая группа клетейимеет обе группы клети с номинальным диаметром валков 250мм, при этом чистовая(13-я) — горизонтальные валки, а предчистовая (12-я) – вертикальные валки.
Итак, чистовая (13-я)клеть имеет круглый калибр, предчистовая (12-я) клеть – однорадиусный овальный калибр,а подготовительный калибр (11-я) клеть представляет собой разделительныйсдвоенный диагональный квадрат.
Номинальный диаметрвалков 11-й клети, входящий уже в подготовительную группу клетей составляет330мм.
Валки чистовой ипредчистовой группы клетей изготавливаются из отбеленного чугуна. Скоростьпрокатки в чистовой клети стана профилей круглого сечения высокой точности извысокопрочных легированных сталей принимается около 8 />. Температура прокатки 950°С.
Для определениякоэффициента вытяжки в чистовом калибре можно использовать формулу [11],которая имеет вид
/> =1.12+0.0004/> (6)
Где /> - соответствует диаметру чистового калибра в горячемсостоянии, т.е. />=/>
И тогда,
/> = 1.12=0.0004∙1.81 = 1.127
Уширение в чистовом кругеопределяется по формуле [14], которая имеет вид
∆/>=[0.11-0.0003/>+0.35(/>-1)-0.00004(800-Д)]/> (7)
Где Д – номинальныйдиаметр валков, мм.
И тогда,
∆/>=[0.11-0.0003∙1.81+0.35(1.127-1)-0.00004(800-250)]∙1.81=2.3мм.
В качестве предчистовогокалибра может быть использован простой однорадиусный овальный калибр,построение которого представлено на рис. 15
/>
Рис.15. Построениеоднорадиусного овального калибра.
Для построения калибраиспользуются определенные в соответствии с принятым при расчете калибровкирежимом обжатий размеры высоты овального калибра /> и ширины /> . В практических калибровках используются овалы сотношением размеров
/>=/>=1.5ч4.5.
Площадь предчистовогоовала
/>=/>∙/>=257.3∙1.127=290/>. (8)
Толщина предчистовогоовала />=/>, определяется как
/>=/>-∆/>=18.1-2.3=15.8мм. (9)
Ширина предчистовогоовала
/>=/>=/>=26.2мм. (10)
Обжатие в чистовомкалибре
∆/>=/>-/>=26.2-18.1=8.1мм. (11)
Угол захвата в чистовомкалибре
/>=arccos(1-/>)=arccos(1-/>)=15°19’ (12)
Допускаемый угол захватаможно определить по методике [13] с учетом значений коэффициентов для схемы прокаткиовал-круг по формуле
/>=/> , (13)
где v – скорость прокатки, /> ;
/> — коэффициент, учитывающий состояние поверхностивалков (для чугунных валков /> =10);
M – коэффициент, учитывающий маркупрокатываемой стали ( для легированной стали M=1.4);
t – температура прокатываемой полосы, ℃;
/> — степень заполнения предыдущего по ходу прокаткикалибра;
K б; />; />;/>; />; />; /> - значения коэффициентов, определяемых при различныхсхемах прокатки (вытяжных калибров), определяются по таблице [11]; для системыовал-круг (/>=1.25; />=27.74; />=2.3; />=0.44; />=2.15; />=19.8; />=3.98).
Примем степень заполненияпредчистового овального калибра />=0.9
И, тогда максимальнодопускаемое значение угла захвата в чистовом калибре составит
/>=1.25/>
Поскольку />, условия захвата в чистовом калибре обеспечивается.
Отношение осей овальногопрофиля, задаваемого в чистовой калибр, составляет
/>=/>=/>=1.66. (14)
При степени заполненияпредчистового овального калибра />=0.9, найдем ширину предчистового овального калибра
/>=/>=/>=29.1мм. (15)
Коэффициент формы калибраопределяется как
/>=/>=/>=1.84.
Радиус очертания ручьяовального калибра
/>=/>=/>=17.4мм. (16)
Определим допустимоеотношение осей овальной полосы по условию устойчивости ее в круглом калибре пометодике [15] по формуле
/>=/>(/>-/>∙ v+/>, (17)
где: />; />; />; />; />; /> - значения коэффициентов, определяемых для схемыпрокатки овал-круг, определяемые по таблице [13] (/>
И тогда,
/> — 5∙/>
Так как />, условия устойчивости профиля выполняется.
Так как />, условия устойчивости профиля выполняется.
Зазор S по буртам овального калибрапринимаем согласно [11] в пределах (0.15-0.2)/>
И тогда,
S=0.16∙/>=0.16∙15.8=2.5мм. (18)
Радиусы закругленныхуглов в овальном калибре />= (0.1-0.4)/>.
И тогда,
/> (19)
Притупление овальногокалибра на практике чаще всего составляет
/>
И тогда
/>=0.2∙15.8=3.2мм (20)
Площадь сечения одного изподготовительных квадратов в сдвоенном разделительном калибре 11-й клети можноопределить как для обычного диагонального квадратного калибра.
И тогда, его площадьбудет равна
/> (21)
Коэффициент вытяжкиподготовительного квадрата в овальном калибре 12-й клети может быть определенсогласно рекомендациям методике [14]. Так, согласно этой методике рекомендуетсяобщий коэффициент вытяжки при прокатке квадрата в овальном и круглом калибреопределять из графика в зависимости от диаметра получаемой круглой стали. Призаданном диаметре круглой стали равном 18 мм, общий коэффициент вытяжки будет />=1.41. И так как
/>=/>, (22)
то тогда
/>=/> = /> = 1.25 (23)
Площадь задаваемогоквадрата определится по формуле (21) и будет
/>= 290∙1.25=362 />.
Построение стандартногодиагонального квадратного калибра представлено на рис.16
/>
Рис. 16. Построениестандартного диагонального квадратного калибра.
Угол при вершине долженбыть 90° и />=/>. Степень заполнения квадратного калибра рекомендуется0.9. Приближенно можно принять
/>=0.98/> (24)
И тогда сторона квадратакалибра – c будет
/>= /> = 19.2мм. (25)
Радиус закруглениявершины квадратного калибра определяется как
/>=(0.1ч0.2)/> = 0.105∙19.2 = 2мм (26)
Закругление бунтавыполняют радиусом />, который определяется как
/> = (0.10ч0.15)/> = (0.10ч0.15)/> = 0.11∙19.2∙/> = 3мм. (27)
Высота профиля,выходящего из квадратного калибра будет несколько меньше высоты калибра /> из-за закруглений вершин радиусом />, и тогда
/>=/>-0.83/>=/>∙19.2-0.83∙2=25.5мм (28)
Как уже было отмечено,калибр в 11-й клети представляет сдвоенный диагональный квадратный калибр вкотором производится прокатка разделения. Построение и общий вид этого калибраприведен на рис. 17. На этом же рисунке наложен контур очертания раската из10-й клети, поступающего в этот калибр.
/>
Рис.17. Построение иобщий вид сдвоенного диагонального квадратного калибра, производящегопрокатку-разделение.
Продольное разделениемногониточного раската контролируемым разрывом осуществляется путем создания взоне перемычки растягивающих напряжений под действием осевых сил со стороныбоковых поверхностей гребней двухручьевых калибров, внедряемых в металл как этоможет быть показано на рис.18.
/>
Рис.18. Схема силовоговзаимодействия валка и раската при контролируемом разрыве.
В момент захвата за счетсмятия поверхности раската внутренними боковыми гранями ручьев калибравозникает нормальная сила N исила трения T. Равнодействующую этих сил можноразложить на поперечную Q ивертикальную P составляющие. Под действием силы P осуществляется обжатие металлавалками, сила Q способствует растяжению перемычки впоперечном направлении и вызывает появление силы сопротивления растяженияперемычки S и силы сопротивления пластическомуизгибу крайней заготовки в сторону разъема калибра G.
Путем измерения толщиныперемычки задаваемого раската — /> и зазора между гребнями валков – t разделяющего калибра (см. рис.17)можно менять радиус кривизны передних концов разделенных профилей на выходе извалков и на условия разделения раската. Отсутствие в месте разделения профилейшейки разрыва перемычки позволяет получить качественную поверхность готовогопрофиля при минимальном числе последующих проходов с обжатием мест разделения.В связи с этим способ продольного разделения раската контролируемым разрывомрекомендован [12] к использованию в чистовых клетях прокатных станов.
Исследования [12]продольного разделения двухниточного раската контролируемым разрывом показали,что толщина перемычки задаваемого в разделительную клеть раската должна бытьравнв 0.5ч0.55 стороны квадрата />.
Исследование [1] величинызазора между гребнями валков /> влияет на изменение кривизны передних концовразделенных квадратных профилей при выходе из валков. Так, прямолинейностьвыхода получаласть при зазоре />=16мм равном толщине перемычки, то выбираем />
Из практики расчетакалибровок при прокатке-разделении квадратных профилей [12], коэффициентобжатия сторон квадратного профиля />принимают в пределах 1.10-1.15. И тогда, из выражения /> (выбирая />) определим сторону квадрата в 10-м калибре
/>=19.2∙1.125=21.6 мм. (29)
Площадь разделительногосдвоенного калибра 11-й клети равна фактически удвоенной площади расчетногодиагонального квадрата />.
И тогда /> (30)
Расстояние между осямиручьев в калибре 11-й клети — />, определяется как
/>мм (31)
Длина перемычки междуручьями в этом калибре определяется как
/>мм (32)
Как было указано вышетолщина перемычки в 10-й клети может быть определена как
/>мм (33)
Длину перемычки в калибре10-й клети рекомендуется брать около 2мм, т.е. />.
Для проверки на захватпоступающего в калибр 12-й клети раската, необходимо провести расчетабсолютного обжатия в этом калибре и сравнить с допускаемыми данными.
При входе квадратногопрофиля в овальный калибр абсолютные обжатия по середине и краям профиля будутразными и определяются геметрически наложением сечения квадратного профиля наовальный калибр и будут по середине калибра
∆/>мм (34)
Обжатия по крайним точкамквадрата в овальном калибре на основании геометрических преобразованийориентировочно будут ∆/>.
Как видно, эти абсолютныеобжатия меньше чем абсолютные обжатия в 13-м калибре и, следовательно, приодинаковом номинальном диаметре валков и том же материале проверка надопустимые условия захвата не требуется.
С учетом изложенного,построение и общий вид подготовительного калибра в 10-й клети (передпрокаткой-разделением) может быть представлен на рис.19.
/>
Рис.19. Построение иобщий вид подготовительного калибра в 10-й клети стана.
Некоторые размеры калибраможно определить следующим образом: принимаем на основании существующихкалибровок при прокатке-разделении длину перемычки />;
радиус закруглениявершины квадратного калибра в этой клети
/>=3мм.
Величина />может быть определена согласно рис.17 по формуле
/>мм (35)
Высота раската, выходящаяиз калибра 10-й клети
/>мм (36)
Расстояние между осямиручьев в калибре 10-й клети — />, определяется как
/>мм (37)
Величина зазора по буртамкалибра в 10-й клети принимается />мм.
Площадь раската,выходящая из калибра 10-й клети, может быть определена согласно рис.17, как
/>
=/> (38)
Подставляя значенияуказанных параметров получим
/>
Площадь не разделенногораската в калибре 11-й клети равна удвоенной площади диагонального квадратногораската, т.е.
/>
И тогда, коэффициентвытяжки в калибре 11-й клети определяется как
/> (39)
Теоретическая ширинараската, выходящая из 11-й клети
/>мм (40)
Теоретическая ширинараската, выходящая из 10-й клети (при радиусе закругления у бурта />=5)
/>мм (41)
Для проверки на захватпоступающего в калибр 11-й клети раската, необходимо провести расчетабсолютного обжатия в характерных точках калибра и сравнить с допускаемымиданными.
Так, величина абсолютногообжатия в районе перемычки двухниточного раската будет
∆/>мм, (42)
а в районе разрыва осейручьев составит
∆/>мм (43)
легированныйсталь прокат литейный модуль
Итак, как видно, здесьтребует проверки на условие захвата район перемычки раската.
Угол захвата в районеперемычки при прокатке в калибре 11-й клети может быть определен как
/>, (44)
где: Д –номинальный диаметрвалков в 11-й клети (Д = 33мм).
Допускаемый угол захватав этом калибре можно определить по методике М.С. Мутьева и П.Л. Клименко [14],для этого необходима скорость прокатки в этой клети, которая будет
/>5.67м/с, (45)
и тогда максимальныйдопускаемый угол захвата определяется по формуле (t = 980℃)
/> (46)
Поскольку />, условия захвата в 11-м разделительном калибревыполняются.
Калибр в 9-ой клетипромежуточной группы клетей, расположен в вертикальных валках и может в большойстепени напоминатьдиагональный квадратный калибр, но имеет свои особенности. Онпредназначен для прокатки ромбического раската и в районе разъема имеет болеестесненную форму чем обычный диагональный калибр. Прокатака в этом калибрепредусматривает деформационную проработку будущих боковых горизонтальных частейдвухниточного проката, который будет подвергаться прокатке-разделению. С учетомизложенного построение и общий вид этого подготовительного калибра в 9-клети можетбыть представлен на рис.20.
/>
Рис.20. Построение иобщий вид подготовительного калибра в 9-й клети стана.
Для определения рядапараметров калибра используем некоторые эмперические зависимости, полученные ваналогичных калибровках при прокатке-разделении [12].
Так, сторона квадрата /> как и для 10-го калибра может быть определена как
/>мм (47)
Величина />, представляющую среднюю часть калибра рекомендуетсябрать как 40% от диагональной части калибра.
И тогда,
/>мм (48)
Уклон буртов в среднейчасти калибра на основании практических данных берем в пределах 25%, этопозволяет получить максимальную ширину раската.
/>мм (49)
Ширина диагональной квадратнойчасти калибра будет
/>мм (50)
На основании практическихданных калибровок по прокатке-разделению [12] принимаем радиусы закруглений увершин калибров и у буртов одинаковыми и равными 5мм, т.е. />мм.
Толщина калибра 9-й клетибудет
/>мм. (51)
Толщина раската,выходящего из калибра 9-й клети
/>мм. (52)
Также на основаниипрактических данных [1] величину зазора по буртам калибра принимаем 5мм, т.е. />мм.
Площадь раската,выходящего из 9-й клети может быть определена как
/>, (53)
и тогда, подставляязначения указанных параметров, получим
/>
Коэффициент вытяжки вкалибре 10- клети определяется как
/>. (54)
Для проверки на захват,поступающего в калибр 10-й клети раската, необходимо провести расчетабсолютного обжатия в этой клети.
Так как формы калибров9-й и 10-й клети сильно различаются по конфигурации, то заменем их площадьприведенной (прямоугольной формы), где ширина полосы будет равна ширинераската, а толщина приведенной полосы может определена
/>мм (55)
и
/>мм (56)
Приведенная величинаабсолютного обжатия будет
∆/>мм (57)
Приведенная величина углазахвата в калибре 10-й клети будет
/> (58)
Как видно приведенныйугол захвата значительно меньше ранее подсчитанных максимальных значений дляподобных условий и, следовательно, условие захвата должно выполняться.
Наиболее целесообразнойформой калибра 8-клети является ромбический калибр, расположенный вгоризонтальных валках. Построение и общий вид этого калибра представлено на рис.21.
/>
Рис.21. Построение иобщий вид подготовительного ромбического калибра в 8-й клети стана.
Размеры /> и /> ромбического калибра определяют в процессе расчетакалибровки с учетом заданной величины коэффициента вытяжки в калибре,правильного заполнения калибра, а также с учетом получения размеров сечения,удовлетворяющих условиям прокатки в следующем калибре.
На практике используются ромбическиекалибры, характеризующиеся величиной />.
Для предотвращенияобразования в зазорах калибра «лампасов» рекомендуется принимать степеньзаполнения калибров
д = />. (59)
Определяем максимальнодопустимый угол захвата в этом калибре по формуле М.С.Мутьева и П.Л.Клименко[14], если v=3.9м/с; t=990℃ и валки стальные по формуле [14], при v=2-4м/с
/>, (60)
И тогда
/>
и тогда величинамаксимального абсолютного обжатия будет
(/>мм)
∆/>мм (61)
При прокатке ромбическойзаготовки в квадратном калибре (условно можно считать прокатку ромбическогораската в 9-м калибре). Сторона приведенного квадрата может быть определена как
/>мм (62)
Возможная ширина раската,выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет
/>мм (63)
Принимаем коэффициентвытяжки в 9-м калибре />, можно вычислить площадь раската в 8-м калибре как
/> (64)
И тогда, толщина раската,выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет
/>мм (65)
Необходимо рассчитатьуширение в 9-м калибре, чтобы выявить не будет ли переполнение калибра.
Уширение ромбической полосыв квадратном калибре, если сторона квадратного (диагонального) калибра >30ммопределяется по следующей формуле [11].
/> (66)
и тогда, подставляязначения получим
/>
/>мм
С учетом уширеня ширинараската в 9-м калибре должна быть
/>мм (67)
и как видно такой раскатиз ромбического калибра в квадратном может быть прокатан без переполнениякалибра, т.к. /> и как видно />.
Остальные размерыромбического калибра определяются из следующих эмперических рекомендаций [11]
Так,
/> (68)
/> (69)
Отношение диагоналей вкалибре расчетное
/>, (70)
что как видно находится врекомендованных пределах.
Величину зазора у разъемакалибра принимаем равным 5мм, т.е. />.
Теоретическая высотаромбического калибра — /> может быть определена по формуле [14]
/>мм (71)
Притупление -/> ромбической полосы у разъема калибра определяется как
/>мм (72)
Теоретическая ширинаромбического калибра — /> определяется как
/>мм (73)
Угол при вершине – вможет быть определен как
/>, откуда /> (74)
и тогда
в = 2∙arctg1.98 = 126.4°
Сторона ромба — /> определяется как
/>мм (75)
В черновой группе клетей,состоящей из 6 – ти рабочих клетей дуо с чередующимися горизонтальными ивертикальными валками прокатка круглой заготовки диаметром 80мм, постапающая изобжимной косовалковой планетарной клети прокатывается по системе вытяжныхкалибров овал-ребровой овал. Эта система получила широкое распространение припрокатке на непрерывных станах круглой стали повышенной точности излегированных и высокопрочных сталей [14-16].
В 7-й клети черновойгруппы калибр представляет ребровой овал, распологающийся в вертикальныхвалках. Построение и общий вид этого калибра представлены на рис.22.
/>
Рис.22. Построение иобщий вид чернового калибра «ребрового овала» в 7-й и других клетях черновойгруппы стана.
Коэффициент вытяжки вромбическом калибре 8-й клети раската в виде ребрового овала на основаниипрактических данных можно рекомендовать в пределах 1.2-1.4. И тогда, площадьраската, выходящая из калибра в виде ребрового овала в 7-й клети будет
/> (76)
Суммарный коэффициентвытяжки в черновой группе клетей будет
/>, (77)
где /> — площадь круглого раската, выходящего из обжимнойпланетарной клети, />.
Ранее на основаниипрактических зарубежных данных [4] было показано, что с учетом деформации впланетарной клети непрерывно-литых заготовок диаметром 200мм, оптимальным покинематическим зависимостям раскат, выходящий из этой клети должен иметькруглое сечение диаметром 80мм.
И тогда,
/>
Средний коэффициентвытяжки в этой системе калибров будет
/> (78)
Обычно, как показываетпрактика [14], в ребровом овальном калибре вытяжка находится в пределах />, а в овальных калибрах вытяжка обычно выше. И тогда,принимая вытяжку в ребровых овальных калибрах />, вытяжку в овальных калибрах рекомендуетсярассчитывать по формуле
/> (79)
Во 2-й клети круг долженпрокатываться в овальном калибре, что приводит к уменьшению коэффициентавытяжки и тогда
/> (80)
При отношении />раскат становится неустойчивым при прокатке в ребровомовальном калибре. Обычно используют овалы с соотношением />. В ребровых овальных калибрах соотношение междувысотой и шириной калибра составляет
/>=1.05ч1.25.
Определим допустимый уголзахвата в ромбическом калибре 8-клети, если v =3.4 м/с; t =995℃ и валки чугунные, по формуле [14] вдиапазоне v = 2-4м/с.
/> (81)
И тогда, величинамаксимального абсолютного обжатия при />, будет
/>мм. (82)
Толщина раската,выходящего из 7-й клети будет /> и определяется как
/>мм (83)
Ширина раската, выходящегоиз 7-й клети будет /> и определяется как
/>мм (84)
Величину радиуса овалаопределяют по формуле
/>мм (85)
Закругление буртавыполняют радиусом
/>мм (86)
Рекомендуется степеньзаполнения калибра />, (принимаем />).
Величину зазора принимаем
/>мм (87)
Величину притупленияовала при /> определяем равной величине зазора т.е. />мм.
Общая схема расположениявытяжных калибров черновой группы клетей стана представлена на рис.23.
/>
Рис.23. Общая схемарасположения калибров по системе овал-ребровой овал в черновой группе клетей420.
Итак, как видно, в 6-йклети калибр выполняется овальным и распологается в горизонтальных валках.
Площадь овала этогокалибра определяется как
/>. (88)
Овальный калибр выполняетсяоднорадиусным и схематично ничем не отличается от ранее рассмотренногоовального калибра в читовой группе клетей (см. рис.15).
Высота овального калибра
/> (89)
где /> — уширение овальной полосы в ребровом овальном калибре,рекомендуется определять по формуле
/> ∙/> (90)
где Д – диаметр валков,равный 420мм
И, тогда
/> (91)
Ширина раската, выходящаяиз овального калибра
/> (92)
Как известно, площадьовального калибра представляет собой
/> (93)
Формулу (93) можнопредставить в виде квадратного уравнения, решение которого позволяет определить/>
/>
после раскрытия скобокполучим
/> (94)
И тогда, абсолютноеобжатие в ребровом овальном калибре 7-й клети будет />мм.
Определим допустимый уголзахвата в ребровом овале 7-й клети, если v =2.8м/с; t =1000℃ и валки стальные и тогда, по формулев диапазоне 2-4 м/с допустимый угол захвата будет
/> (95)
И тогда, величинамаксимального допустимого обжатия при />.
/>мм (96)
Как видно условия захватавыполняются, а уширение будет />.
Окончательно размерыовала в калибре 6-й клети будут
/> и />мм.
Остальные размерыовального калибра будут: радиус ручьев определяется как
/>мм (97)
Зазор S по буртам калибра будет
/>мм (98)
Радиус закруглений углов
/>мм (99)
Как видно из рис.23 в 5-йклети калибр представляет ребровой овал и распологается в вертикальных валках.
Калибровка валков в парахкалибров 4 и5-ой клетей, 2 и 3-ей клетей производится аналогично приведеннымрасчетам калибровки калибров 6 и 7 клетей и, согласно общей схеме расположениякалибров (см.рис.23) во 2-ой клети калибр выполняется в виде однорадиусногоовала и располагается в горизонтальных валках. В этом калибре предполагаетсяпрокатка круглого профиля диаметром 80мм, поступающего из обжимной планетарной3-х валковой клети с косым расположением валков.
Коэффициент вытяжки вовальном калибре 2-й клети составит
/> (100)
Где /> — площадь сечения круглого раската (диаметром 80мм),поступающего из обжимной планетарной клети.
Абсолютное обжатие повершинам в овальном калибре 2-клети будет
/> (101)
Среднее абсолютноеобжатие при прокатке круга в овальном калибре 2-й клети будет
/> (102)
При прокатке круглойзаготовки в овальном калибре уширение можно определить про приближенной формуле
/>
/> (103)
Возможная ширина раскатав овальном калибре 2-й клети будет
/>,
что как видно несколькоменьше /> и, следовательно переполнения калибра не будет.
Калибровка обжимнойкосовалковой планетарной клети заключается в установке наклонных коническихвалков, которые при вращении вокруг своей оси и планетарном движении должныобразовывать просвет с необходимым вписанным кругом (в рассматриваемом случаедиаметром 80 мм) на выходе раската из валков, и аналогично с необходимымвписанным кругом (диаметром 200мм) на входе заготовки в валки. В задачукалибровки валков входит определение длины очага деформации, котораяопределяется конической частью валка, углом наклона валков, диаметром валков.
Общая схема очагадеформации с указанием необходимых для осуществления прокатки рассматриваемойзаготовки, параметров калибровки наклонных конических валков, представлена нарис.24.
Определение указанных насхеме параметров и представляет собой задачу калибровки валков обжимнойкосовалковой планетарной клети.
/>
Рис.24. Общая схемакалибровки валков обжимной планетарной 3-х валковой клети в очаге деформациипри прокатке круглой заготовки.
Размеры представленные нарис.22, характеризуют следующие параметры:
/> — расстояние от оси прокатки в точке скрещивания;
/> — то же, но суммарное по оси валка;
/> и /> - соответственно радиусы заготовки и проката;
/> - угол наклона образующей конуса очага деформации;
/> - угол наклона образующей поверхности валка;
Ш — угол скрещиваниявалка с осью прокатки;
/> - соответственно радиусы валка на пережиме,калибрующем участке и максимальный (на входе заготовки);
А – тангенсиальноесмещение валка (на рисунке не показано).
На основании практическихданных, полученных из условий конструирования и опыта работы подобных становрекомендуется выбирать некоторые элементы и параметры калибровки валков в такихпределах:
/> (т.е диаметр валка в пережиме />);
/> (т.е макимальный диаметр валка />);
Ш = 45-60° (т.е угол скрещиванияберем ш = 55°);
угол между линией центроввала-заготовки и линией проекции валка щ = 45°.
Коэффициентвытяжки в 1-й клети
м = />
Остальные два рабочихвалка обжимной клети имеют те же размеры, которые были представлениы выше длярасчитываемого валка.
В расчетахкалибровки были использованы параметры скорости раската и температуры поклетям.
Так, скоростипо выходу из клетей рассчитывались по формуле
/> (104)
И тогда,принимая скорость готового раската (в виде круга диаметром 18мм) из последнейклети стана 8 м/с получим:
/>;
/>;
/>;
/> ;
/>;
/>;
/>;
/>;
/> ;
/> ;
/> ;
/> ;
Скоростьвхода заготовки в 1-ю (планетарную) клеть будет /> или примерно 7.9м/мин.
Общееизменение температуры металла при прокатке может быть определено по формуле[13]
/> (105)
Где />и /> – понижение температуры металла вследствие отдачитеплоты излучением и конвекцией в окружающую среду;
/> — понижение температуры металла вследствие отдачитеплоты теплопроводностью при контакте с валками, проводками, роликамирольгангов;
/> - повышение температуры металла вследствие переходамеханической энергии деформации в теплоту.
При сортовойпрокатке рекомендуется учитывать лишь такие составляющие как /> и /> и тогда формулу (178) можно приближенно записать как
/> (106)
И тогда, наоснове использования метода, изменение температуры раската за время прокатки вкалибре и перемещения к следующему калибру составит
/> (107)
Где /> - температура раската перед входом в рассматриваемыйкалибр, ℃;
П – периметрпоперечного сечения раската после прохода, мм;
F – площадь поперечного сеченияраската после прохода, />;
ф – времяохлаждения раската, с;
/> - повышение температуры металла в калибре, ℃ и определяется по формуле
/>, (108)
Где
р –сопротивление металла пластической деформации, МПА;
м –коэффициент вытяжки.
Так,например, изменение температуры металла за время движения заготовки отнагревательной печи до 1-ой клети стана по формуле (200) составит (еслитемпература нагрева заготовки />, />, ф=/>, П=п∙200=628мм, F=31416/>)
/>
Повышениетемпературы металла в 1-ой (планетарной) клети за счет интенсивной деформацииможно определить по формуле (201) принимая р=100МПА и /> и тогда
/>.
Окончательнотемпература металла после прокатки в каждой клети с учетом изменения температурраската, рассчитанных по формулам (107) и (108) и внесенных практическихпоправок составит: /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> и />
Основныеразмеры раската и параметры калибровки при прокатке круга диаметром 18мм иззаготовки диаметром 200мм по клетям стана приведены в таблице 3.