Колибровка швеллера

Рис.21. Калибры обжимной клети с промежуточным калибром 

Это улучшило симметричность разрезки заготовки, поступающей из калибра, и привело к сокращению цикла прокатки, так как условия захвата в калибре лучше, чем в калибре Ш.

Для экономии времени на расточку валков черновой клети вместо валков с гладкой  бочкой начали использовать ступенчатые валки (рис. 22). При этом на каждом комплекте валков сэкономили 5,1 т стальных кованых валков.

Проведенные усовершенствования позволили сократить простои стана на перевалках на 68 ч, сэкономить 164 т чугунных и 30 т стальных валков и повысить производительность в горячий час при прокатке швеллера № 20 на 3,5%. Общий экономический эффект составил около 90 тыс. руб. в год.

Рис.22. Ступенчатые заготовки для валков черновой клети: для верхнего и нижнего валков (А) и для среднего (Б) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10. Освоение прокатки тонкостенного швеллера Т22

Снижение материалоемкости изделий - одна из важнейших проблем повышения эффективности общественного производства, а выпуск экономичных профилей - наиболее перспективное направление экономии металлопроката.

 Тонкостенные двутавры и швеллеры относятся к наиболее экономичным горячекатаным профилям балочного типа, которые используются в качестве изгибаемых  элементов.               

До последнего времени в нашей стране эти профили не производились, так как их прокатка на действующих станах затруднительна или вообще невозможна ввиду низкой температуры танца прокатки и большой деформации рабочих клетей.

C пуском в 1976 г. непрерывного среднесортного   стана   450  на   Западно-Сибирском металлургическом  заводе (ЗСМЗ)     появилась  возможность производить   тонкостенные фланцевые профили.  

При замене стандартных швеллеров тонкостенными  экономия металла может составить от 14 до 29 % массы заменяемых швеллеров. В среднем по всему сортаменту экономия металла оценивается в 21 %. При этом стоимость проката снижается от 4 до 15 %, а в среднем по сортаменту - до 9 %. Такие значительные показатели экономичности объясняются тем, что высота тонкостенных швеллеров на 30-50 % больше, а толщина стенок на 11-13% меньше соответствующих размеров   стандартных   швеллеров.

Тонкостенные  швеллеры могут успешно конкурировать и с гнутыми швеллерами. Экономия металла при замене гнутых швеллеров тонкостенными  может достигать  8 %.

Стан 450 ЗСМЗ  первый в нашей стране непрерывный  среднесортный стан,    который по производительности, скорости прокатки, уровню механизации и автоматизации опережает сопоставимые зарубежные агрегаты. В 1976-1978 гг. на стане было освоено производство практически всех размеров нормальных швеллеров с параллельными полками, предусмотренных

проектом. Одновременно проводились   работы   по   подготовке   к освоению профилей наиболее экономичной части проектного сортамента: тонкостенных швеллеров (ТУ 14-2-204-76), нормальных и тонкостенных балок (ГОСТ   8239-72   и   ТУ   14-2-205-76).

В 1978 г. впервые было освоено производство тонкостенного швеллера Т22 (ТУ 14-2-204-76). Калибровку отрабатывали на лабораторном стане 120 в масшабе 1:5, а расчет энергосиловой загрузки выполнили на ЭВМ ЕС-1020 по методике кафедры ОМД Уральского политехнического института. Сравнение расчетных и замеренных параметров в дальнейшем подтвердило их хорошую сходимость.

Рис.23 Размеры швеллера и справочные величины по ТУ 14-2-204-76 

Калибровкой швеллера Т22 предусматривается (рис. 23) использование прямополочной системы швеллерных калибров с увеличенным уклоном фланцев   и   изгибом   стенки,   так   как: при тонкой и широкой стенке про филя с узкими и тонкими полками ухудшается самоцентрирование полосы в калибре, поэтому прямополочная система для высокоскоростных непрерывных станов обладает преимуществом перед развернутой;

прямополочные калибры занимают меньше места на бочке валков. Выпуск наружных граней полок в калибрах принят в пределах 20-25%. Исходная заготовка сечением 150X200 мм разрезается в открытом калибре клети 1 с коэффициентом вытяжки 1,20, обеспечивающим надежный захват полосы Контроль высоты фланцев осуществляется в полузакрытых калибрах клетей 6; 10 и 14. Размеры элементов сечения чистового профиля формируются в клети 15, а в универсальной клети 16 производится гибка стенки профиля с уменьшением развала полок до величины, обеспечивающей получение геометрии профиля на роликоправильных машинах в пределах требований технических условий.

В ходе освоения технологии прокатки тонкостенного швеллера Т22 исследовали энергосиловые, температурно-скоростные параметры процесса, а также показатели точности выполнения  геометрических размеров профиля.

Ток якоря  главных приводов изменялся в пределах 0,3-2,6 кА (рис. 22). Двигатели черновой группы оказались загруженными на 22-72 % номинального значения (3,6 кА). Минимально загруженными были клети 1 и 4, максимально - клеть 9 (72 % номинала). Уровень загрузки клетей 7 и 8 достигал 50-53 %, а клетей 2, 3, 5, 6 – 28-33 %. Двигатели чистовой группы загружены более равномерно: клети – 11-15 - на 55-67%; клеть 15 - 67 %, универсальная клеть 16 имела нагрузку 0,3 кА.

Ранее были проведены исследования прокатки нормальных швеллеров № 14 и 16 (ГОСТ 8240-72), поэтому представляет интерес результаты этих работ сопоставить с основными показателями прокатки тонкостенного швеллера Т22 (швеллеры Т22 и № 16 эквивалентны по служебным, а Т22 и № 14 по технологическим характеристикам). Швеллеры Т22 и № 14 имеют примерно одинаковые площади сечения (1511 и 1560 мм²), прокатываются из заготовок одинакового размера (150X200 мм) с близкими по значениям общими вытяжками (μ = 20,0 и 19,7) и выходными скоростями прокатки (9,25 и 9,8 м/с).

При производстве швеллера среднее давление в горизонтальных клетях черновой группы оказалось примерно на 40 % выше, чем при прокатке швеллера № 14 (соответственно 980 и 700 кН); при прокатке в чистовой группе средний прирост составляет 14 % (соответственно 870 и 760 кН). Большое увеличение давления в черновой группе клетей по сравнению с чистовой объясняется тем, что в черновой группе была задана более высокая интенсивность деформации.

Увеличение  давления при прокатке тонкостенных швеллеров связано не только с  изменением условий деформации широких профилей с более тонкими элементами сечения, но и с интенсивным падением температуры прокатки, особенно по стенке. Большее охлаждение раската уменьшает проявление теплового эффекта деформации, и падение температуры по ходу прокатки оказывается более равномерным по сравнению с условиями прокатки нормальных швеллеров.

Средние температуры конца прокатки тонкостенного швеллера Т22, измеренные по фланцам и швеллера № 14, составляют соответственно 1030 и 1080⁰С.

Резкое падение в последних проходах температуры тонкой стенки приводит к значительному перепаду температуры фланцев и стенки профиля. Средняя температура середины стенки швеллера Т22 составляет примерно 750 °С.

Максимальная  загрузка рабочих клетей по давлению прокатки в черновой группе достигала 40% допускаемой, в чистовой - 64 %. Таким образом, прокатка швеллера Т22 не вызывает опасений в отношении нормальной эксплуатации основного оборудования стана.

Максимальная  степень использования допустимого диапазона скоростей при прокатке швеллера Т22 составляет 89 % в клети 7 и 88 % в клети 9. 
 
 
 

Рис.24 Основные параметры прокатки тонкостенного швеллера Т22 из ст3пс в клетях стана 450 

Периодическая неравномерность нагрева заготовок в печах с шагающим подом вследствие подстуживания металла в местах стыковок подвижных и неподвижных балок, вызывает изменение температуры и давления прокатки по длине раската. Местный перепад температур после клетей 9 и 16 составляет 51 и 57 град; перепад давлений в этих клетях - соответственно 34 и 22,5%.                                            

Для оценки фактических изменении размеров готового проката и их соответствия допускаемым изменениям провели замеры основных элементов профиля (ширины и толщины полок, высоты швеллера, толщины стенки) интервалом 0,5 м по всей длине раската (рис. 25). Результаты замеров показали повышенную разноширинность полок в пределах одного раската (скачкообразное увеличение ширины в хвостовой части), что свидетельствует о натяжении  металла  между клетями.

Фактическое распределение значений ширины полок хорошо совпадает с нормальным, поэтому точность про катки   полок   можно   характеризовать

среднеквадратичным отклонением ширины от среднего значения; с вероятностыо 99,5 % можно утверждать, что ширина полок находится в пределах В±Зб. Точность прокатки полок швеллера Т22 характеризуется величиной В=50,3±1,31 мм. Фактическое поле отклонения среднего значения ширины полок практически полностью перекрывает поле допусков по ТУ 14-2-204-76. Значительная разноширинность полок подтверждает необходимость снижения натяжения раската в межклетевых промежутках чистовой группы стана. При исследовании оказалась существенной разница ширины левой и правой полок, что является следствием недостаточной осевой фиксации валков клетей дуо. Использование поля допусков по толщине полки составляет 50%, по высоте швеллера - 30%.

Проведенный анализ точности прокатки тонкостенного швеллера Т22 показал, что наиболее сложно обеспечь получение ширины полок в пределах допуска по техническим условиям.    Это    обусловлено   объективными причинами, связанными с некоторыми конструктивными недостатками оборудования стана и особенностями технологии прокатки в чистовой непрерывной  группе клетей.

К числу  недостатков оборудования стана следует отнести неудачную конструкцию водяных затворов в печах с шагающим подом, являющуюся причиной появления значительной неравномерности температуры нагрева заготовок по длине, которая сохраняется вплоть до последнего чистового прохода. Это вызывает колебания всех энергосиловых параметров прокатки и приводит к периодическим изменениям геометрических размеров готового проката. Отрицательно влияет на точность прокатки слабая осевая фиксация горизонтальных валков.

К технологическим  особенностям прокатки тонкостенного  швеллера на стане следует отнести  существенную неравномерность распределения  температур по отдельным элементам сечения   профиля.

В 1978-80 гг. на стане 450 было прокатано 22,6 тыс. т тонкостенного швеллера Т22, что позволяет сделать вывод о возможности массового производства этого вида  профилей на стане.

Рис.25 Распределение геометрических размеров элементов тонкостенного швеллера Т22: I и II – левая и правая полки 

Принятая при освоении тонкостенного швеллера Т22 (ТУ 14-2-204-76) система прямополочных калибров с увеличенным выпуском полок и изгибом стенки не вызывала больших затруднений при организации впервые в отечественной практике выпуска экономичного тонкостенного профиля в промышленных условиях.

Анализ результатов исследования энергосиловых параметров прокатки швеллера Т22 показал, что степень загрузки рабочих клетей по усилию прокатки и току приводных двигателей (статическому моменту) не превышает 72%.

Температура конца прокатки тонкостенного швеллера ниже, температуры прокатки сопоставимого обычного швеллера, что объясняется большими удельной поверхностью охлаждения тонкостенного швеллера и поверхностью контакта деформируемого металла с валками.

Анализ  изменений размеров по длине раската при прокатке швеллера Т22 показал, что наибольшие трудности при его производстве вызывает соблюдение допуска на ширину полки. Существенное влияние на изменение размеров оказывает неравномерность температур по длине раската и межклетевые натяжения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

В теории и практике прокатного производства известны различные способы  и  схемы прокатки швеллеров, размеры которых определяются конструкцией рабочих клетей и мощностью привода, компоновкой основного оборудования, площадью поперечного сечения исходных заготовок.

Наиболее  прогрессивной технологией, применяемой на современных сортовых станах, оборудованных двухвалковыми клетями, является способ производства швеллеров с увеличением до 30% уклонами фланцев и изогнутой стенкой, причем угол между прямыми фланцами и стенкой от разрезного к чистовому проходу остается прямым. Применение этого способа позволяет увеличить интенсивность деформации действительных фланцев,  уменьшить глубину ручьев, увеличить количество калибров на валках, уменьшить количество фасонных проходов и расход валков.