СИСТЕМА КАЛИБРОВКИ ПЕРВЫХ ДВУХ КЛЕТЕЙ СОРТОПРОКАТНОГО СТАНА Российский патент 1996 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к способам калибровки валков первой и второй клетей прокатного стана при производстве сортовой, преимущественно, труднодеформируемой стали, и может быть использовано на сортовых прокатных станах.

Известны способы калибровки валков первой и второй клетей прокатного стана при производстве сортовой стали, предусматривающие использование гладких валков [1]
Недостатками известного способа калибровки является вероятность образования закатов на поверхности готового проката вследствие образования трещин на поверхности раската при прокатке труднодеформируемых марок стали, а также при прокатке обычных сталей с пониженной температурой нагрева заготовки. Это происходит вследствие неравномерного остывания по сечению раската, выходящего из первой и второй клетей стана (в первых проходах), где градиент падения температуры поверхности металла наиболее высок, вызванного формированием на раскате острых углов сечения раската.

Наличие темных продольных полос на поверхности раската, выходящего из первой клети, наблюдаемых визуально, свидетельствует о наличии на раскате острых углов, остывающих интенсивнее остальных частей поверхности раската и могущих привести к образованию трещин на поверхности металла.

В качестве прототипа принят способ калибровки валков первой клети сортового стана с ручьями корытообразной формы в их поперечном сечении и второй клети сортового стана с ручьями полукруглой формы в их поперечном сечении [2]
Недостатком прототипа является склонность к образованию закатов и трещин на поверхности раската, обусловленная неравномерностью остывания по сечению раската, выходящего из первой и второй клетей стана (в первых проходах), где градиент падения температуры поверхности металла наиболее высок. Ребра раската, выходящего из ящичного калибра, образованные местами перехода боковых граней калибра в его дно, остывают быстрее граней раската, образованных донной и боковыми поверхностями ящичного калибра, что можно наблюдать в виде темных продольных полос на поверхности раската. Указанное обстоятельство повышает вероятность образования закатов и трещин на поверхности раската, наследуемых готовым прокатом, и ведет, в конечном счете, к снижению качества готовой продукции.

Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении вероятности образования закатов и трещин на поверхности раската, наследуемых готовым прокатом, за счет уменьшения неравномерности температуры поверхности металла по периметру сечения раската.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, состоит в повышении качества готовой продукции за счет снижения вероятности образования закатов и трещин на поверхности раската.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе калибровки валков первой клети сортового стана с ручьями корытообразной формы в их поперечном сечении расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья с его боковыми гранями выполняют соизмеримым со стороной исходной заготовки, причем выпуск составляет 24-29% а радиусы сопряжения плоской поверхности с боковыми гранями 2,0-3,5 радиуса закругления между гранями исходной заготовки, а также тем, что в способе калибровки валков второй клети сортового стана с ручьями полукруглой формы в их поперечном сечении, выпуск ручья выполняют равным 30-35%
Сравнение с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается тем, что расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья с его боковыми гранями первой клети сортового стана выполняют соизмеримым со стороной исходной заготовки, причем выпуск составляет 24-29% а радиусы сопряжения плоской поверхности с боковыми гранями 2,0-3,5 радиуса закругления между гранями исходной заготовки, а также тем, что выпуск ручья второй клети сортового стана выполняют равным 30-35% Следовательно, заявляемый способ соответствует критерию "новизна".

Сравнение с другими техническими решениями в данной области техники показало, что известны способы калибровки валков, предусматривающие использование плоских овальных и круглых калибров с выпусками [2] Однако использование этих калибров на заключительной стадии формирования профиля обусловило выполнение этих калибров с параметрами, отличными от заявляемых, установленных на основании промышленных экспериментов, следовательно, оно имеет изобретательский уровень.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлено наложение сечений исходной квадратной заготовки и первого плоского овального калибра; на фиг. 2 наложение сечений раската сформированного в первом плоском овальном калибре и второго круглого калибра с выпусками, где а сторона исходной квадратной заготовки; в расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья с его боковыми гранями; r₁ радиус сопряжения плоской поверхности калибра с его боковыми гранями; r₂ радиус закругления между гранями исходной заготовки; α₁ и α₂ углы наклона боковых граней калибров первой и второй клетей стана, соответственно определяющие выпуск калибра (tgα*100% выпуск калибра).

Способ осуществляется следующим образом.

Заготовку квадратного или прямоугольного сечения нагревают в методической печи сортового стана до температуры 1100-1170^oС при прокатке рядового металла и 1150-1230^oС при прокатке труднодеформируемых марок стали. Нагретую заготовку задают в первую клеть черновой группы стана, в рабочие валки которой врезан плоский овальный калибр (фиг. 1). Полученный в первой клети стана раскат кантуют на 90^o и прокатывают во второй клети стана, в рабочие валки которой врезан круглый калибр с выпусками (фиг. 2). Полученный во второй клети стана раскат прокатывают в третьей клети стана, в рабочие валки которой врезан обычный овальный калибр (на чертеже не показан). Последующее формирование профиля осуществляют в известных системах калибров валков с использованием в процессе промежуточного формирования вытяжных систем калибров "овал квадрат", "овал ребровой овал", "овал круг" и др. (на чертеже не показаны).

Плоский овальный калибр, образованный двумя валками с ручьями корытообразной формы в их поперечном сечении, выполняют следующим образом (фиг. 1). Расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья "в" с его боковыми гранями выполняют соизмеримым со стороной исходной заготовки "а". Выпуск ручья калибра первой клети стана выполняют равным 24-29% Радиусы сопряжения плоской поверхности с боковыми гранями r₁ выполняют равными 2,0-3,5 радиуса закругления r₂ между гранями исходной заготовки.

При "а">"в" деформации металла в калибре сопутствует образование острых кромок на участках раската, соответствующих разъему калибра, вследствие переполнения калибра металлов, что при последующей деформации приводит к образованию закатов на поверхности готового проката. К этому же эффекту приведет деформация металла в калибре с "а"<"в", т.к. острые кромки будут образовываться на участках раската, обрабатываемых плоской поверхностью калибра, в местах его сопряжения с боковыми поверхностями.

Деформация заготовки в калибре с выпусками, большими 29% снизит способность калибра ограничивать течение металла в уширение, что приведет к повышению неравномерности остывания раската по его сечению. Кроме того, снижение в этом случае способности калибра контролировать ширину раската дестабилизирует процесс прокатки в следующем калибре вследствие нестабильной высоты поступающего в него подката, что приводит к переполнению или незаполнению калибра металлом, возникновению острых кромок на его поверхности и снижению, тем самым, качества готового проката.

В случае выполнения выпуска калибра, меньшим 24% возможно переполнение калибра первой клети и образование закатов на поверхности раската вследствие допускаемой стандартами нестабильности геометрических параметров исходной заготовки.

Выполнение калибра первой клети с соотношением r₁/r₂<2,0 приводит к получению в этой клети раската, участки поверхности которого, сформированные радиусами r₁ калибра, остывают быстрее, чем остальные участки поверхности, что приводит к образованию закатов при последующей деформации раската, сформированного в таком калибре. Калибр первой клети, выполненный с соотношением r₁/r₂>3,5 подвержен интенсивному износу в местах контакта радиусов закругления ребер заготовки r₂ и калибра r₁. Это приводит к быстрому изменению (уменьшению) r₁ вследствие интенсивного износа и, как в описанном выше случае, повышает неравномерность остывания раската по его сечению, увеличивающую вероятность образования закатов на поверхности металла при его последующей деформации.

Калибровку валков второй клети сортового стана с ручьями полукруглой формы в их поперечном сечении выполняют с выпуском ручьев, равным 30-35% (фиг. 2). Увеличенный выпуск ручья круглого калибра второй клети сортового стана по сравнению с известными способами калибровки, при которых выпуск круглого калибра не превышает 2-3% обеспечивает простор на уширение металла, величина которого особенно значительна и нестабильна в первых проходах вследствие высокой степени обжатия металла и нестабильности геометрических параметров подката, унаследованных от исходной заготовки. При деформации металла во второй клети, круглый калибр которой имеет меньший 30% выпуск, возможно переполнение калибра металлом, образование лампаса и, как следствие, образование закатов на поверхности раската при его последующей деформации. Больший 35% выпуск калибра второй клети стана способствует течению металла в уширение, т. к. стесняющая способность калибра уменьшается. Указанное обстоятельство приводит с одной стороны к бесполезным затратам энергии на работу деформации, т.к. основная цель деформации металла при сортовой прокатке увеличение продольного течения металла (вытяжки); с другой стороны снижает "компактность" сечения раската, увеличивает его овальность, что повышает неравномерность охлаждения металла по периметру его сечения, способствующую образованию закатов на поверхности раската при его последующей деформации.

Реализация предлагаемого способа калибровки валков первой и второй клети сортового стана позволяет в начальной стадии деформации сортовой заготовки непосредственно после нагрева формировать раскат с "компактной" формой поперечного сечения без острых углов (овальной и круглой). Указанное обстоятельство обеспечивает равномерное остывание раската, происходящее по мере его перемещения по линии стана. Отсутствие участков с пониженной температурой на его поверхности улучшает процесс деформации металла, предупреждает "растрескивание" раската, прокатываемого с пониженной температурой нагрева или из труднодеформируемой стали, снижает вероятность образования закатов и трещин на поверхности раската, наследуемых готовым прокатом, что повышает выход годного проката и способствует росту производительности стана.

Предлагаемый способ был опробован на непрерывном мелкосортно-проволочном стане 320/150 Белорусского метзавода. Непрерывно-литую заготовку размерами 125х125х11500 мм из углеродистой стали нагревали до температуры 1100-1120^oС в методической печи сортового прокатного стана. Нагретую заготовку задавали в первую клеть черновой группы стана, в рабочие валки которой врезан плоский овальный калибр (фиг. 1), расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья которого с его боковыми гранями было выполнено соизмеримым со стороной исходной заготовки, выпуск варьировался в пределах 20-32% а отношение радиуса сопряжения плоской поверхности с боковыми гранями к радиусу закругления между гранями исходной заготовки r₁/r₂ варьировалось в пределах 1,5-4,0. Полученный в первой клети стана раскат, скантованный на 90^o, прокатывали в круглом калибре с выпусками (фиг. 2), врезанном в рабочие валки второй клети стана, выпуск ручья которого варьировался в пределах 25-40% Раскат, полученный во второй клети стана, деформировался в системе вытяжных калибров "овал квадрат" и "овал - круг" до получения готового проката круглого сечения.

Параметры калибровки первого овального и второго круглого калибров были установлены экспериментальным путем. В процессе проведения экспериментов, как уже отмечалось, варьировались выпуск ручьев плоского овального (фиг. 1) и круглого (фиг. 2) калибров, а также соотношение r₁/r₂. Условиями выбора оптимальных параметров калибровки валков первой и второй клетей стана являлись: сохранение деформирующей способности этих клетей (уровни обжатий, вытяжки металла); исключение переполнения калибров, вызываемого допускаемой нестабильностью параметров исходной заготовки; предупреждение "растрескивания" металла в процессе деформации вследствие неравномерности остывания раската по периметру его сечения.

Отдельные результаты исследований по определению оптимальных параметров калибровки валков первой и второй клетей стана представлены в таблице.

Анализ полученных результатов показывает, что при калибровке первого овального калибра выполнение параметра "в"<"а", и выполнении выпуска калибра меньше 24% возможно переполнение калибра первой клети, а также соответствующее переполнение калибра второй клети, сопровождающиеся образованием лампасов на поверхности раската, из которых при последующей деформации образуются закаты, снижающие качество готового проката. Лампасы, остывающие быстрее остальной поверхности раската, приводят к образованию трещин на раскате, которые раскатываются при последующей обработке, также образуя закаты. Кроме того, прокатки металла с лампасами приводит к повышенному местному износу калибров. Выполнение параметра "в">"а" приводит к формированию в первой клети раската, близкого по сечению к прямоугольному (к этому же приводит калибровка валков первой клети с соотношением r₁/r₂<2,0), что способствует неравномерному остыванию металла в промежутке клетей NN 1-2 и приводит к трещинообразованию при последующей обработке. Свободное уширение, возникающее при этом в калибре, приводит к переполнению калибра второй клети и образованию в ней лампасов.

Калибровка валков первой клети с соотношением r₁/r₂>3,5 приводит к повышенному местному износу калибра в местах его контакта с ребрами заготовки, что приводит к резкому уменьшению отношения r₁/r₂. Указанное обстоятельство повышает неравномерность температуры металла по периметру сечения раската, стимулирующей процесс трещинообразования при последующей обработке.

Калибровка валков первой клети с выпусками, большими 29% приводит к переполнению калибра второй клети вследствие снижения способности калибра ограничивать течение металла в уширение. Кроме того, увеличение течения металла в уширение обусловливает формирование раската, предрасположенного к неравномерному охлаждению по периметру сечения, что способствует трещинообразованию при последующей обработке. Указанное обстоятельство ограничивает выпуск калибра клети N 2 величиной не более 35% Меньшая 30% величина выпуска калибра клети N 2 приводит к его переполнению. Это обусловлено допускаемым стандартом колебаниями геометрических параметров исходной заготовки (их нестабильностью), устранить которые за один проход (в первой клети) не представляется возможным.

Реализация предлагаемого способа калибровки валков первой и второй клети сортового стана позволяет уже на первой стадии деформации сортовой заготовки, в процессе чернового формирования профиля в первых двух клетях стана непосредственно после нагрева сформировать раскат с "компактной" формой поперечного сечения без острых ребер, что способствует равномерному его остыванию в первых проходах, где градиент падения температуры наиболее высок.

Указанное обстоятельство предупреждает возможное трещинообразование на поверхности раската, вызванное перепадом температур по периметру его сечения при сохранении вытяжной способности калибров, что особенно актуально при прокатке рядовых сталей с пониженной температурой нагрева, а также при производстве проката из труднодеформируемой стали.

Изобретение относится к прокатному производству, а именно к способам калибровки валков первой и второй клетей прокатного стана при производстве сортовой, преимущественно, труднодеформируемой стали, и может быть использовано на сортовых прокатных станах. Задача, решаемая изобретением, состоит в снижении вероятности образования закатов и трещин на поверхности раската, наследуемых готовым прокатом, за счет уменьшения неравномерности температуры поверхности металла по периметру сечения раската. Заготовку квадратного или прямоугольного сечения нагревают в методической печи сортового прокатного стана до температуры 1100-1170^oС при прокатке рядового металла и 1150-1230^oС при прокатке труднодеформируемых марок стали. Нагретую заготовку задают в первую клеть черновой группы стана, в рабочие валки которой врезан плоский овальный калибр (фиг. 1). Полученный в первой клети стана раскат кантуют на 90^o и прокатывают во второй клети стана, в рабочие валки которой врезан круглый калибр с выпусками (фиг. 2). Полученный во второй клети стана раскат прокатывают в третьей клети стана, в рабочие валки которой врезан обычный овальный калибр (на чертеже не показан). Последующее формирование профиля осуществляют в известных системах калибров валков с использованием в процессе промежуточного формирования вытяжных систем калибров "овал - квадрат", "овал - ребровой овал", "овал - круг" и др. (на чертеже не показаны). Плоский овальный калибр, образованный двумя валками с ручьями корытообразной формы в их поперечном сечении, выполняют следующим образом (фиг. 1). Расстояние между линиями пересечения плоской поверхности ручья "в" с его боковыми гранями выполняют соизмеримым со стороной исходной заготовки "а". Выпуск ручья калибра первой клети стана выполняют равным 24-29%. Радиусы сопряжения плоской поверхности с боковыми гранями r₁ выполняют равными 2,0-3,5 радиуса закругления r₂ между гранями исходной заготовки. Калибровку валков второй клети сортового стана с ручьями полукруглой формы в их поперечном сечении выполняют с выпуском ручьев, равным 30-35% (фиг. 2). 2 ил., 1 табл.

Система калибровки первых двух клетей сортопрокатного стана, включающая первый ящичный калибр с выпусками, сопряженными по радиусу с плоским дном ручьев калибра, и второй калибр с выпусками, у которого ширина соизмерима с высотой, отличающаяся тем, что выпуски первого калибра составляют 24 29% радиусы сопряжения дна и выпусков первого калибра равны 2,0 3,5 радиуса скругления граней исходной заготовки, а второй калибр выполнен с ручьями полукруглой формы и с выпуском ручья, равным 30 35%