Система калибров для прокатки шестигранной стали крупных сечений

(5)5 В 21 В 1/ ИЗОБ Т ИЯ обработке мек прокатному использовано шестигранной атываемой на ппе крупных и относят со ранники с дисти 55 мм и шестиграной подГотоли считать ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Уральский политехнический институт им. С,М, Кирова(54) СИСТЕМА КАЛИБРОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ШЕСТИГРАННОЙ СТАЛИ КРУПНЫХ СЕЧЕНИЙ(57) Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к прокатному производству, и может быть использовано для получения горячекатаной шестигранной/ стали крупных размеров, прокатываемой на среднесортных станах. Цель изобретения -Изобретение относится кталлов давлением, в частностипроизводству, и может бытьдля получения горячекатанойстали крупных размеров, проксреднесортных станах (к груразмеров шестигранной сталгласно ГОСТ 2879-69 шестигаметром вписанной окружноболее).Известны схемы прокаткной стали, различающиеся форвительного, т. е, третьего,увеличение производительности за счет повышения устойчивости процесса прокатки и придания системе калибров гибкости (универсальности), а также улучшение качества продукции путем повышения точности выполнения чистового профиля. Это достигается тем, что в системе калибров подготовительный калибр - чистовой шестигранный калибр разноосность подготовительного калибра составляет 1,12-1,25, дно ручья подготовительного калибра выполнено колоколообразной формы по кривой, имеющей с обеих сторон симметричные вогнутости внутрь калибра, Такая форма дна подготовительного калибра обеспечивает хорошие условия захвата и устойчивости положения при прокатке. За счет рационального распределения обжатий в предчистовом калибре раската, поступающего из подготовительного калибра описанной формы, обеспечивается четкое выполнение угловых элементов профиля. 6 ил,против хода прокатки, калибра, при этом применяют чистовые калибры обычно,с разъемом валков по граням профиля, В качестве предчистового, как правило, используют шестиугольный калибр с выпуклостью по дну ручьев,Недостатком калибровки с подготовительным калибром прямоугольной формы является неравномерная деформация металла по ширине, что приводит к преждевременной местной выработке боковых стенок предчистового шестиугольника, Недостатком калибровок с квадратным и шес 1712012(2) с=0,07 0 1 Ь макс тиугольным подготовительными калибрами являются значительные коэффициенты высотной деформации в предчистовом шестиугольнике. Повышения качества (точности) готового шестигранника, получаемого по известным схемам, достигают увеличением обжатий в чистовом, предчистовом, а иногда и в подготовительном калибрах, что дополнительно приводит к повышению неравномерности деформации при прокатке и интенсивному износу калибров,Целесообразно использовать в качестве подготовительного ребровой калибр с его определенными компенсационными возможностями, Способы прокатки шестигранных профилей без ребровых подготовительных проходов считают устаревшими и малоприемлемыми в случае прокатки крупной шестигранной стали.Наиболее близкой к предлагаемой является схема прокатки, включающая подготовительный калибр в виде шестиугольника,Б известной схеме наблюдается недостаточная устойчивость полученного в подготовительном калибре раската при прокатке его в предчистовом калибре, обусловленная значительной высотной деформацией. устойчивость в большей мере зависит от степени заполнения металлом подготовительного калибра, крометого, на устойчивость отрицательно влияет существенное отличие угла при вертикальной оси подготовительного шестиугольного калибра (равного 120 - 130 ) от угла между боковыми стенками предчистового калибра (равного 90 - 100), разность достигает 30 - 40.Известная схема содержит подготовительный калибр с дном угловой формы, причем абсолютная величина угла весьма высока (120 - 130 ), Поэтому даже незначительное незаполнение такого угла приводит к недостаточной степени заполнения предчистового калибра, что в свою очередь вызывает недопустимое притупление углов чистового профиля по вертикальной оси калибра. Для устранения этого недостатка увеличивают обжатия в подготовительном, .предчистовом и чистовом калибрах, что приводит к повышенному износу калибров, ухудшению качества поверхности металла и затрудненному захвату, т. е, к снижению стабильности и производительности процесса прокатки в целом.Применение высоких коэффициентов деформации в предчистовом шестиугольнике нередко приводит к переполнению предчистового калибра, появлению на металле закатов и, следовательно, к снижению качества проката, в частности точности выполнения готового профиля, Точность готового 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 профиля при прокатке по известной схеме имеет тенденцию к понижению также за счет подстуживания реберраската, которое усугубляется неблагоприятным чередованием углов шестиугольника при кантовках.Цель изобретения - увеличение производительности за счет повышения устойчивости процесса прокатки и придания системе калибров гибкости (универсальности), а также улучшение качества продукции путем повышения точности выполнения чистового профиля.Поставленная цель достигается тем, что в системе калибров подготовительному калибру придают форму ребрового шестиугольника с отношением его высоты к ширине по врезу в валки 1,12 - 1,25, дно каждого из ручьев в составе подготовительного калибра выполняют колоколообразной формы по кривой, описываемой формулой( Ьподг Ьподг ) ( 1 2 ( Ьподг )2 )2 в декартовой системе с началом координатна пересечении прямой, соединяющей точки стыка дна и боковых стенок, с вертикальной осью симметрии калибра,гдеу - вертикальная координата, отсчитываемая по направлению глубины дна ручья;х - поперечная координата;Ьрмеко максимальная глубина ручьяподг(половина высоты калибра по врезу при сомкнутых валках);Ьрмип минимальная глубина ручья (высота стенок каждого ручья);Ьмакс - половина максимальной шириподгны калибра по дну,координаты точек стыка дна и боковыхстенок каждого из ручьев предчистовогокалибра соответствуют следующим соотношениям; где Ьрм - максимальная глубина ручьяпредчпредчистового калибра;с - определяемое при наложении контуров калибров с совмещением их длинных и коротких осей расстояние вдоль длинной оси между точкой стыка дна с боковой стенкой подготовительного калибра и соответственной точкой предчистового калибра во всем диапазоне регулирования обоих калибров.Придание дну подготовительного калибра колоколообразной формы является следствием опытов, результаты которых подтверждены практической прокаткой промышленных партий шестигранной стали крупных сечений. Экспериментально и логически обоснованная оптимальная конфигурация дна калибра аппроксимирована определенной математической зависимостью - кривой второго порядка, Калибры с дном, выполненным по этой зависимости, вновь были проверены на практике. Проверка показала, что полученная математическая модель адекватно отражает физический смысл геометрических параметров калибра, найденных в ходе эксперимента.Предлагаемая форма подготовительного калибра оптимальным образом сочетает пониженное значение угла сопряжения дна с боковой стенкой калибра, что способствует хорошему заполнению соответственного угла предчистового калибра, и рациональную эпюру распределения высотного обжатия по ширине предчистового калибра, При этом согласно эпюре относительно высокое обжатие в районе упомянутого угла постепенно снижается в направлении к линии разъема предчистового калибра (это приводит к уменьшению износа его боковой стенки) и затем вновь возрастает вблизи линии разъема, т. е, участки с повышенным обжатием располагаются в необходимых местах, обеспечивая хорошее заполнение углов предчистового профиля и в конечном итоге - чистового калибра,В результате путем повышения точности чистового профиля улучшается качество продукции,Эффект повышения производительности за счет увеличения устойчивости (стабильности) процесса прокатки по предлагаемой системе калибров реализуется преимущественно за счет трех факторов:задаваемая в подготовительный калибр плоскоовальная полоса имеетзакругленные боковые гран, форма которых соответствует форме криволинейного колоколообразного дна, при этом улучшаются условия захвата металла валками;облегчен вход плоскоовальной полосы во вводную арматуру перед подготовительным калибром, при этом используются непрофилированные вводные пропуска и упрощенная роликовая арматура, обжатие плоскоовальной полосы в подготовительном калибре распределено по ширине калибра так, что соответствующие участки его криволинейного дна как бы разгоняют металл плоскоовальной полосы в стороны, при этом обеспечивается практически 100 О-ное заполнение углов и дна подготовительного калибра. 10 Увеличение производительности прокатки за счет придания системе калибров гибкости (универсальности) достигается путем возможности настраивания калибров без перевалок при довольно значительных колебаниях размеров промекуточной заго 15 товки, в частности предшествующей плоскоовальной полосы, Получение этого эффекта обеспечивается способность ребрового подготовительного калибра с наклонными боковыми стенками и дном 20 колоколообразной формы более гибко компенсировать колебания размеров поступающего в него профиля по сравнению сизвестными калибрами. Это достигается пу 25 тем его вертикальной настройки, т, е. получением из него полос различной высоты. Вдальнейшем после кантовки на 90 и задачитаких разных по ширине полос в один и тотже предчистовой калибр стабильный про 30 цесс прокатки без незаполнения или переполнения предчистового калибраосуществляется за счет регулирования величины бокового защемления с (фиг, 2), находящегося во взаимосвязи с обкатием в35 предчистовом калибре.При прокатке наименьших профилейобжатие максимально, поэтому защемлениес выдерживают на нижнем пределе, В противном случае наступает интенсивный из 40 нос боковых стенок предчистового калибра,искажается угол на стыке дна и боковойстенки, снижается качество готового профиля, При прокатке наибольших профилей обжатие в калибре минимально и во45 избежание незаполнения защемление повышаютдо максимальных значений. В противном случае из-за недостаточногозаполнения названного угла появляетсяразногранность готового профиля.50 Таким образом, обеспечение технологической гибкости (универсальности) предлагаемой системы калибров при переходе напрокатку 2 - 3 близких по размеру шестигранников достигается применением одно 55 го и того же подготовительного калибра сдном колоколообразной формы. Этообъективно способствует повышениюпроизводительности прокатки вследствиененадобности частых перевалок, 1712012 8Во/Но=до,10 В 1/Н 1=г 1,20и 4." Дидадзон Оазноасности падГОтави- тельнОГО калибра пр 8 ДлдГэемой схемы обосновывается следующим образом. Разноосность подготовительного калибра, т, е, оношение ега еысоты Во к его ширине По по врезу В валк 1 л (фиг. 2) определяется в зависимости от разноосности предчистового калибра (фиг. 2); зависяц ей в свою очередь от размера чистового шестигранника 111 или, что тс же самое, от отношения С/О, где О - диаметр валков, При прокатке кру 1,нь 1 х шестигранных профилей на среднессртном атаке Г/01=.5,8 - 6, 15 тно шен ие а 1/ао больше един ицы и В зависимости от размера готового шестигракника (В группа крупных профилей) на основании и раизвсдствен ных данных составляет а;/ао= 1,2 - 1,4, причем нижний предел (1, 2) относится к наиболее крупкым профилям 0=90 - 100 мм), г Верхний предел (1,4) - к наименьшим в данной группе и рофил я м, имеющим с 1=55 - 57 мм.С гогашением ргзмерг чистоеого шесТИГРВКНИКа О, ПРОКБТЬВЭЕМОГО На СТдне С фиксированкьм диаметром Валков С 1, откошение О/с 3 снижгется и, чтобы ке приближаться к предельно дог 1 устимым для данных условий прокатки режимам (по углу захеэтд, прочности ВдлкОВ и ОборудоВания стдкг, износостойкости валков, качеству готовой продукции), зти режимы смягчают путем использования предчиставых калибров с паниженнОй рэзнааснас Гь 10 а 1, Так. Б диапазоне из 1 ленения а 1, характерном для прокатки крупных шестигранников на среднесортном стэне и саставля ащем 1,45-1,60, никний предел (1,45) относится к нгиаолее крупным размерам (с 1=-90-100 мм), а верхний предел (1,60) - к наиболее мелким в данной группе размерам 0=55 - 57 мм). Кгк СГЕДСтВИЕ, РаЗНООСНОСтЬ до ПОДГатаВИтЕЛЬ- ных калибров сооГветственно изменяется от 1,25 (для наиболее крупных размеров) дс 1,12 (для наименьших размеров), Верхняя граница го.=1,25 определяется необходимостью иметь устойчивые условия захвата е данном одооело калибре. Н 11 ккяя граница го=11,1Обусловлена требованиями хорошега заполнения предчистоеого и в конечном итоге - чистового калибра.ПолУченный длгпазон ао= 1,12 - 1,25 практически полностью согласуется с разноасностью подготовительных калибров предлаГэемОЙ системы. хорошо здрекамен. дававших с 8 бя п 01 л исследовании и Оа катки крупных шестигранников е промышленных условиях на действуюцем стане 450 па предлагаемой системе калибров,Выбор (расчет) величины згщемления с - расстсяния вдоль длинной оси ка;ибров между точкой сть 1 ка днэ с боковой стенкой подготовительного абра и соответственной точкой предчиставого кагибра паи наложении контурае калибров(фиг. 2) - основан на суцествовании зависимости за- ЩЕМЛВНИЯ С ОТ абСОЛЮтгОГО ОбКгТИЯ 11 В Г 1 редчистоеам калибре, Соглса зкспериме 11 тдльным данны., Полученным при прокатке па предла 1 аемай схеме самых крупных профилей, абсалю-ное абжатие в предчистовом калибре по-;ижено и составляез нэ стог.эну 1-52 =2 М,и, огда кэк при прокатке наименьших з данной группе профилей око составляет . г 1 г 2 =10 мм, СЭМЫЕ КрупНЫ 8 ШВСТИГааК НИКИ ПракдтЫВа 1 ОТ " Относ 1 лтельна низкими 00 катия.1 и (Оауславленнь 1 йи маль 1 м отношением В/О), чТО ЕЫЗЫВБВТ ОПаСНОС ГЬ НВЗЭГОЛНБНИЯ УГЛОВ 1-Э ,ГЫКе дка И бСКОВЫХ С.ГЕ;10 К Ка,гИбаа, ВЕ- роятность такого неэгпалне 1 ия существенным образом уменьша;от пуем повышения Беличинь; зэщемления с, коорое исходя из ОГы 11 ых даннь 1 х, Г рини 1 иаюГ для самьхГа крупных профилей обычно рав 1-:ь 11 л;"ьг 52, т, е, отношение - - - "-; поддержива 1 ат прих 2 МЕОНа РаВНЫМ С,ЛИНИЦЕ( Г в ; =.1),Лля наименьших в данной руппе паос силеЙ отношение - ; - , --- должно быть су Н,2щесБенно снижено,;ак кэк чрезмерно большое зашемление приводит к 1 еравнаМБОНОгЛУ И НТБНСИВНОМ/ ИЗНОСУ ОС КОБЫХ СТЕ нок предчистоваго калибра, опасно искажая в конечном итоге угол между стенкой и дном калибра, Вместе с тем защемлекие весьма полезно для надежного заполнения угля предчистово 10 калибра и получения высоко- ГО качестваОтаеОГО иОафиля, В частности соблюдения согласно 1 ОСТ 2879-69 допу. СТИМОГО ПЭИТУПГЕНИЯ Ега УГЛОВ, КОТОРОЕ ДЛЯ шестигранников с с 360 мм не долсно г;ре. вышэть 3 мм. Для шестигранной стали предназначенной для последующего Боло чедия, эти требовэни 51 еще более ужестсчг ются, С учетогл изложенного и нг гсковани пролзвадствеккага опыта, нэкопленногс при исследОВБ 1 ии 1;Оел 11 а. ВВМОЙ системь скалибров., отношение л- для наи мельшлх профилей (из числа крупных шес ги; ргнников составляет 055, Гаки 1образом, значение защемления при известном абсолютном обжатии определяется следующими пределами;с=0,35 - 1,0 Л Н/2,где с - боковое защемление в расчете на одну сторону.С учетом условий захвата, прочности и износостойкости валков, требуемого качества предчистовой полосы и готового профиля коэффициент высотного обжатия подготовительного профиля в предчистовом калибре на участке АКИ (фиг, 2) в соответствии с данными, полученными при исследовании предлагаемой системы, составляет 1,11 - 1,25, причем нижний предел (1,11) относится к самым крупным профилям, а верхний предел (1,25) к наимЕньшим прОфилям, т, Е. ЬЯЯРК = 1,11 - 1,25, Следовательно, для наименьших пРофилей Ьммакс =1,25 ЬРР;д,", тогда с учетом соотношения ЬРРм;дкс" = 0,8 Ь 3 дкс защемление для этих профилей составляетс= 0,35 Л Н/2=0,35 (1,25 ЬРР,д" - ЬРРд," )==0,35 х 0,25 х 0,8 Ьмадкс = 0,069 ЬсмЯдксДля наиболее крупных профилей Ь,дкс =1,1 Ьр;д,", тогда с учетом соотношения Ьрк," = 0,9 ЬЯ защемление составляет с= Л Н/2= 1,11 и"Рд" - пвРд" =Рмакс Рмакс = 0,11 х 0,9 Ьмакс = 0,099 ЬмаксТаким образом, с учетом перечисленных условий защемления устанавливают в пределахС=О;07-0,1 ЬмаксНа фиг, 1 приведена предлагаемая система калибров для получения горячекатаной шестигранной стали крупных размеров; на фиг, 2 - взаимное расположение предчистового и подготовительного калибров при наложении контуров калибров с совмещением их длинных и коротких осей соответственно; на фиг. 3-б - калибры схемы в натуральную величину,Схема (фиг. 1) включает подготовительный ребровой шестиугольный ребровой шестиугольный калибр 2, предчистовой шестиугольный калибр 3 с выполненным по дуге окружности выпуклым дном 4 и чистовой шестигранный калибр 1 с разъемом по граням.На фиг. 1 первым по ходу прокатки изображен подготовительный калибр 2 предлагаемой системы. Он выполнен в форме ребрового шестиугольника, состоящего из двух симметричных относительно горизонтальной плоскости прокатки ручьев, каждыйиз которых содержит боковые стенки 5 и дно б колоколообразной формы, образованное кривой второго порядка, симмет 10 ричной относительно вертикальной оси 7 калибра 2,15 20 25 30 35 40 45 50 55 Прокатку в предлагаемой системе калибров осуществляют следующим образом.В подготовительном калибре 1 (фиг. 1) прокатывают промежуточную заготовку, полученный подготовительный профиль кантуют на 90 и прокатывают далее в предчистовом калибре 3, а затем предчистовой профиль после кантовки на 90 прокатывают в чистовом калибре 1 и получают готовый шестигранный профиль. Значительные колебания сечения промежуточной заготовки компенсируют в подготовительном калибре 2 регулированием вертикальной настройки валков, т. е. изменением величины рабочего зазора Я"д, Изменение величины рабочего зазора ялд" в процессе настройки осуществляют в пределах, обеспечивающих соблюдение указанных выше ограничений на величину эащемления с, тем самым обеспечивают заданное соответствие между длиной боковой стороны подготовительного пРофлЯ 2 ЬРмзкс+ "и шиРинои дна предчистового калибра ЬдРд", При небольших колебаниях сечения промежуточной заготовки происходит саморегулирование ширины полосы, осуществляемое за счет наклона боковых стенок 5 калибра 2. Незначительные колебания ширины (после кантовки - высоты) подготовительного профиля не приводят к каким-либо трудностям при его прокатке в следующем (п редчистовом) калибре 3, имеющем выпуклое дно 4, и далее, после кантовки - в чистовом калибре 1.Примером конкретной реализации предлагаемой системы калибров является схема калибровки, применяемая при прокатке на стане 450 завода им, А, К. Серова крупного шестигранного профиля размером 75 мм, Калибры этой схемы для удобства восприятия приведены на фиг. 3 - б в натуральную величину. Согласно схеме промежуточную заготовку в виде плоского овала размером 75 х 114 мм (фиг. 3) задают с кантовкой на 90 в подготовительный ребровой калибр с дном колоколообразной формы(фиг. 4), из которого получают раскат соответствующего сечения размером 107 х 78 мм. Этот раскат после кантовки на 90 прокатывают в пластовом шестиугольном калибре (фиг, 5) и получают предчистовой профиль 72 х 111 мм, из которого после прокатки в чистовом калибре (фиг. 6) получают готовый шестигранный профиль со стороной 75 мм.При оценке технико-экономической эффективности предлагаемой системы калибров в качестве базового варианта принята схема, широко применяемая на отечественных прокатных станах при получении крупной шестигранной стали: существенно незаполненный однорадиусный овал - пластовый подготовительный шестиугольник - предчистовой шестиугольник - чистовой шестигранник. Прокатку с использованием предлагаемой системы калибров осуществляют по схеме; плоский овал (или профиль, полученный плющением предыдущего сечения, например квадратного, на гладкой бочке) - ребровой подготовительный шестиугольник - предчистовой шестиугольник - чистовой шестигранник,Использование предлагаемой системы калибров по.сравнению с базовой при прокатке промышленных партий крупной шестигранной стали с размерами 62, 65, 67 и 75 мм выявило следующий технико-экономический эффект;повышается производительность при прокатке на 8 - 10% за счет сокращения задержек из-за неудовлетворительного захвата раската валками, а также затрудненного входа металла во вводную арматуру перед подготовительным калибром вследствие скручивания овальной полосы;применение непрофилированных вводных пропусков и упрощенной роликовой арматуры перед подготовительным калибром приводит к снижению трудозатрат и расхода металла на изготовление роликов и пропусков, а также на их ремонт на 50%; расхода роликов и пропусков на 30% (вследствие повышения износостойкасти); потерь времени на замену привалковой арматуры (пропорционально уменьшению ее износа)на 20 - 30%;уменьшается на 10 - 15% износ валков и осуществляется экономия 10 - 12% валков из-за снижения обжатий в трех последних по ходу прокатки калибрах, а также вследствие более равномерной деформации металла в подготовительном калибре;уменьшается брак подката из-за вдавленной окалины на 20%; в связи с появлением трещин (для высоколегированных сталей) на 10%; вследствие пре 40 5 10 15 20253035 45 50 55 вышения притупления углов готового профиля на 30 - 40%; из-за разногранности (несоблюдения допусков) готового профиля на 10 - 157 .Кроме того, при использовании шестигранного профиля в качестве заготовки для последующего волочения уменьшается брак на тянутых прутках(из-за превышения притупления углов подката) на 5 - 10%; снижается трудоемкость и другие затраты волочильного передела на 3 - 5% вследствие уменьшения обжатий при волочении в связи с получением более точного профиля (по размерам и углам). Формула изобретения Система калибров.для прокатки шестигранной стали крупных сечений, включающая члстовой шестигранный с разьемам па граням калибр, предчистовой пластовый шестиугольный калибр с углом наклона боковых стенок к линии разьема 45 - 50 и ребровой шестиугольный подготовительный калибр с прямолинейными боковыми стенками, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью увеличения производительности за счет повышения устойчивости процесса прокатки и придания системе калибров гибкости (универсальности, а также улучшения качества продукции путем повышения точности выполнения чистового профиля, отношение высоть подготовительного калибра к его ширине по врезу в валки составляет 1,12 - 1,25, дно каждого из ручьев в составе подготовительного калибра выполнено колоколообразной формы по кривой, описываемой уравнением подгподг ) ( 1 2 ( бподг )2 )2 в декартовой системе с началом координат на пересечении прямой, соединяющей точки стыка дна и боковых стенок, с вертикальной осью симметрии калибра,где у - вертикальная координата, отсчитываемая по направлению глубины дна ручья;х - поперечная координата;Ьрко максимальная глубина ручья подг(половина высоты калибра по врезу при сом кнутых вал ках);Ьрд" - минимальная глубина ручья (высота стенок каждого ручья);Ьмэко половина мдксимдльнаи ширины калибра по дну,координаты точек стыка дна и боковых стенок каждого из ручьев предчиставого калибра соответствует следующим соотношениям;С=0,07 - 0,1 Ьмакс где Ьр;д, " - максимальнаяпредчистового калибра; с - определяемое при наложении контуров калибров с совмещением их длинных и коротких осей расстояние вдоль длинной оси между точкой стыка дна с боковой стен 5 кой подготовительного калибра и соответстглубина ручья венной очкой предчистового калибра вовсем диапазоне регулирования обоих калибров,19 1712012 Составитель Л,ЖелезнякРедактор М,Петрова Техред М.Моргентал Корректор Л,Бескид каз 490 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101