ОВАЛЬНЫЙ КАЛИБР МЕЛКОСОРТНОГО СТАНА Российский патент 2009 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при прокатке круглой сортовой стали.

Такая сталь может прокатываться на многоклетьевых мелкосортных станах, в клетях которых установлены валки с выполненными в них калибрами соответствующей конфигурации. Для прокатки круглой стали используются, например, чередующиеся овальные и круглые калибры, причем, первый (черновой) по ходу прокатки калибр - овальный, а последний (чистовой) - круглый.

Калибровки валков (системы калибров) для получения простых сортовых профилей (круга, квадрата и шестигранника) достаточно подробно описаны, например, в справочнике под ред. В.И.Зюзина и А.В.Третьякова «Технология прокатного производства», кн.1, М., «Металлургия», 1991, с.193-204. От формы калибра и его размеров зависит точность размеров и качество (геометрия) получаемых профилей.

Известен овальный калибр в системе ромб-овал-круг, ширину которого определяют таким образом, чтобы разность между значениями его размеров, полученными из уравнения, связывающего уширение раската с параметрами овала в качестве переменных, и с учетом допускаемой степени заполнения калибра не превышала определенной допустимой величины (см. япон. заявку №61-193702, Кл. В21В 1/18, опубл. 28.08.1986).

Однако этот калибр предназначен, в основном, для предотвращения скручивания и неприемлем для получения высокоточного круглого проката в системе калибров овал-круг.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является овальный калибр, описываемый в книге Полухина П.И. и др. «Прокатное производство», М., «Металлургия», 1982, с.288-289 и рис.195.

Этот калибр в системе калибров овал-круг выполнен с заданным соотношением его ширины В к высоте Н и симметрично относительно горизонтальной и вертикальной его осей с образующей поперечного сечения калибра, содержащей на середине прямолинейный участок, и характеризуется наличием на этой образующей двух криволинейных участков, каждый из которых образован радиусом определенной величины, причем ширина прямолинейного участка составляет 0,35…0,50 от диаметра следующего за овальным круглого калибра.

Такой калибр предназначен для получения круглой сортовой стали диаметром 50…60 мм и непригоден для прокатки круглой стали диаметром 10…15 мм повышенной точности размеров вследствие неустойчивости раската в калибрах.

Технической задачей настоящего изобретения является повышение качества готового проката за счет повышения точности его размеров путем улучшения устойчивости раската в калибрах рабочих клетей мелкосортного стана.

Для решения этой задачи у овального калибра мелкосортного стана в системе калибров овал-круг, выполненного с заданным соотношением его ширины В к расчетной высоте Н и симметричным относительно его горизонтальной и вертикальной осей с образующей поперечного сечения калибра, содержащей прямолинейные участки длиной В_п на середине и по два криволинейных участка, каждый из которых образован двумя дугами окружностей радиусами R и r<R, в отличие от ближайшего аналога криволинейные участки выполняют дугой окружности радиусом r=0,5R_k, где R_k - радиус последующего круглого калибра, и дугой окружности радиусом R, определяемым из системы уравнений

H=2[R-(R-r)sinβ],

точка сопряжения дуг окружностей радиусов R и r расположена на расстоянии πrβ/180 от горизонтальной оси калибра по образующей, где β=33°…58°, а прямолинейные участки выполняют длинной B_п=2Rsinα или Вп=(0,35…0,56)В, где α=11°…29° - угол между вертикальной осью калибра и радиусом R в точке пересечения прямолинейного участка с дугой радиуса R.

Приведенные величины радиусов R и r, а также углов α и β и величина В_п получены при обработке опытных данных и являются эмпирическими.

Сущность заявляемого технического решения заключается в нахождении таких параметров овального калибра в системе калибров овал-круг, которые обеспечивают устойчивость раската в валках, необходимую для получения высокоточного круглого сортового профиля на мелкосортном стане.

Поперечное сечение предлагаемого овального калибра показано на чертеже.

Калибр образован верхним 1 и нижним 2 валками, установленными с зазором S. Образующая этого сечения содержит прямолинейный участок 3 (между точками В и С) с длиной B_п=2Rsinα или В_п=0,35…0,56 ширины калибра В, а также круговые участки 4 и 5, образованные соответственно дугами с радиусами R и r. При этом величина r=AO₁ равна половине радиуса R_k круглого калибра, расположенного по ходу прокатки за данным овальным калибром, а величина R=AO зависит от соотношения ширины В и расчетной высоты Н калибра. Как видно из чертежа величина Н, равная 2 ЕД, определяется разностью R-OD, где OD=(AO-AO₁)·sinβ=(R-r)sinβ (см. пример конкретного выполнения).

Участки 4 и 5 образующей сечения калибра сопрягаются в т. А (левая половина верхней образующей на чертеже), которая удалена по этой образующей от горизонтальной оси хх калибра на расстояние l=πrβ/180, а величина β=33°…58°. Угол α=11°…29° - между прямой AO=R и вертикальной осью yy калибра. Фактическая высота калибра - Н_k.

Калибр симметричен относительно осей xx и yy. В него задается круглый раскат из предыдущего (по ходу прокатки) круглого калибра, а полученный овальный раскат вновь задается в круглый калибр.

Опытную проверку предлагаемого овального калибра осуществляли на мелкосортном стане 170 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат».

С этой целью для получения круглой стали диаметром 10…15 мм в системе калибров овал-круг использовались овальные калибры - предлагаемый и отличавшиеся от него по своим основным параметрам калибры. Результаты опытов оценивались по выходу профилей круглого сечения, размеры которых отличались от номинальной (заданной) величины в пределах допусков на повышенную точность по ГОСТ 2590.

Наилучшие результаты (выход профилей повышенной точности в пределах 87…94%) получены при прокатке с использованием заявляемого овального калибра. Отклонения от рекомендуемых его параметров ухудшали достигнутые показатели. Так, отклонения величин радиусов R и r более, чем на 10% от оптимальных значений (см.выше) в любую сторону, снизили выход высокоточных профилей до 51…63%. Аналогичным образом, изменение величин углов α и β (также в любую сторону), т.е. изменение положения точки А на образующей калибра и длины В_п прямолинейного ее участка (в том числе - не равного (0,35…0,46)В), не позволили получить выход высокоточных профилей более 56%.

Калибр, выбранный в качестве ближайшего аналога, в опытах не проверялся ввиду заведомой его непригодности для получения круглого сорта малых диаметров. Таким образом, опыты подтвердили приемлемость найденного технического решения для достижения поставленной цели и его преимущество перед известным объектом.

Технико-экономические исследования, проведенные в Центральной лаборатории ОАО «ММК», показали, что использование настоящего изобретения при производстве круглой стали на мелкосортных станах, аналогичных стану 170 комбината, позволит повысить выход качественного высокоточного сортового проката ориентировочно на 25% с соответствующим увеличением прибыли от реализации круглых профилей повышенной прочности. Использование такого проката у потребителей уменьшит производственные затраты.

Пример конкретного выполнения

Предчистовой овальный калибр для прокатки круглой стали диаметром 12 мм (т.е. R_к=6 мм) имеет вид, показанный на чертеже.

Размеры калибра:

В=17 мм; r=0,5R_к=0,5·6=3 мм; α=20°; β=45°; S=2,5 мм.

Величина Н определяется из решения системы уравнений:

H=2[R-(R-r)sinβ].

При В=17 мм, r=3 мм и β=45° получаем расчетную высоту калибра Н=10,7 мм и R=11,5 мм.

Следовательно: l=πrβ/180=π·345/180=2,4 мм, a B_п=2Rsinα=2·11,5·sin45°=9,7 мм.

Фактическая высота калибра: .

Величина В_п может быть принята равной:

В_п=(0,35…0,56) В=(0,35…0,56)·17=6,0…9,5 мм.

Готовый круглый профиль имеет размеры (диаметр) 11,7…12,2 мм, что соответствует повышенной точности по ГОСТ 2590.

Изобретение предназначено для повышения качества круглых сортовых профилей за счет повышения точности размеров. Овальный калибр в системе калибров овал-круг выполнен с заданным соотношением его ширины В к расчетной высоте Н и симметрично относительно горизонтальной и вертикальной его осей с образующей поперечного сечения калибра, содержащей на середине прямолинейный участок длиной В_п и два криволинейных участка, образованных каждый двумя радиусами R и r<R. Улучшение устойчивости раската в калибрах рабочих клетей мелкосортного стана и, как следствие, повышение точности размеров проката обеспечивается за счет того, что величина r=0,5R_k, где R_k - радиус последующего круглого калибра, а и точка сопряжения окружностей радиусов R и r лежит на расстоянии πrβ/180 от горизонтальной оси калибра по его образующей, где β=33°…58°, величина B_п=2Rsinα, где α - угол между вертикальной осью калибра и радиусом R с концом в точке пересечения прямолинейного участка с дугой радиуса R, равный 11°…29°; длина прямолинейного участка В_п может составлять (0,35…0,56)В. 1 ил.

Овальный калибр мелкосортного стана в системе калибров овал-круг, выполненный с заданным соотношением его ширины В к расчетной высоте Н и симметрично относительно его горизонтальной и вертикальной осей с образующей поперечного сечения калибра, содержащей прямолинейные участки длиной В_п на середине и по два криволинейных участка, каждый из которых образован двумя дугами окружностей радиусами R и r<R, отличающийся тем, что криволинейный участок выполнен дугой окружности радиусом r=0,5R_k, где R_k - радиус последующего круглого калибра, и дугой окружности радиусом R, определяемым из системы уравнений

H=2[R-(R-r)sinβ],
точка сопряжения дуг окружностей радиусов R и r расположена на расстоянии πrβ/180 от горизонтальной оси калибра по образующей, где R=33°…58°, а прямолинейные участки выполнены длиной B_п=2Rsinα или В_п=(0,35…0,56)В, где α=11°…29° - угол между вертикальной осью калибра и радиусом R в точке пересечения прямолинейного участка с дугой радиуса R.