Производство сортового проката из непрерывно-литых заготовок

Таблица 2. Баланс металла по 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, для планируемой производительности необходимо 626,85 тыс.т литых сортовых заготовок, а для их получения необходимо выплавить 646,24тыс.т. стали.

5. Калибровка валков для прокатки круглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокой точности

Прокатка на проектируемом литейно-прокатном модуле с планетарным косовалковым станом производится в 13 клетях, которые условно, как было показано на рис.7, выделены в следующие группы: обжимную (в виде планетарной клети), черновую (в количестве 6 клетей), промежуточную (из 4-х клетей) и 2 чистовые группы (по 2 клети).

В обжимной планетарной косовалковой клети прокатка производится из круглой литой заготовки в круглую катаную с большой степенью деформации.

В дальнейшем прокатка круглой высокопрочной легированной стали диаметром 18мм высокой точности производится следующим образом.

В черновой группе клетей прокатка из круглой заготовки в овальный профиль производится по одной из систем вытяжных калибровок - системе овал - ребровой овал, которая наиболее подходит для производства круглых профилей высокой точности из высокопрочных легированных сталей [14].

Необходимый переход к ромбической и квадратной форме раската с последующим продольным разделением осуществляется в специальных калибрах подготовительной группы клетей по рекомендациям и методикам [12].

И, наконец, в чистовых группах клетей проката каждой нити разделенного раската, производится по системе квадрат-овал-круг, которая находит широкое применение для перевода квадратного сечения в круглое (для прокатки мелкосортной круглой стали [14].

Расчет калибровки круглой стали диаметром 18 мм производится против хода прокатки.

Расчет калибров чистовой группы клетей стана. Для прокатки круглой стали используют несколько схем калибровок, которые применяются в зависимости от размера профиля, качества стали, типа стана и его сортамента, а также других условий прокатки. Однако во всех случаях предчистовым калибром является либо обычный однорадиусный овал, либо плоский овал. Но более широко применяются предчистовые однорадиусные овальные калибры с отношением осей =1.5, причем для хорошей устойчивости в круглом калибре овальный профиль должен иметь значительное притупление. Подготовительным калибром является разделительный калибр производящий два диагональных раската.

При всех способах прокатки чистовой круглый калибр выполняют с «развалом» - выпуском для предотвращения переполнения калибра и получения правильного круглого профиля. Построение такого круглого калибра показано на рис. 6.



Рис. 6. Построение чистового круглого калибра

При конструировании чистового круглого калибра необходимо учитывать температурное расширение металла и допуски на отклонение размеров готового профиля.

Построение круглого калибра производится следующим образом. На окружности диаметра лучами, проведенными из центра калибра под углом к горизонтальной оси, определятся точки начала выпуска боковых сторон калибра и определяют ширину калибра [14].

Для расчета диаметра профиля в горячем состоянии в чистовой клети стана (клеть 13-я), используется выражение

=(1.0121.015)(+)

где - диаметр профиля в холодном состоянии;

- минусовый допуск

Расчет будем производить при 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

=

Где - угол выпуска, который на практике для диаметров круглой стали 10-30 мм принимают 26.5

И тогда

= = 20.22 мм.

Зазор между буртами калибра - S выбирают в пределах (0.080.15) и тогда,

S = 0.111.81 = 2.0 мм.

Точки пересечения линий зазора S с линией выпуска определяют ширину вреза ручья , которая определяется как

= - ;

Подставляя значения получим

= 20.22 - = 18.22мм.

Закругления буртов выполняют радиусом

= (0.08 - 0.10) и тогда

=0.008518.1 = 1.5мм.

Профиль будет иметь круглую форму, если ширина =. При этом степень заполнения калибра - будет

== = 0.895

Правильно выполненный круглый профиль в чистовом калибре 13-ой клети будет иметь площадь поперечного сечения

= = = 257.3

Чистовая группа клетей имеет 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 разделительный сдвоенный диагональный квадрат.

Номинальный диаметр валков 11-й клети, входящий уже в подготовительную группу клетей составляет 330мм.

Валки чистовой и предчистовой группы клетей изготавливаются из отбеленного чугуна. Скорость прокатки в чистовой клети стана профилей круглого сечения высокой точности из высокопрочных легированных сталей принимается около 8 . Температура прокатки 950°С.

Для определения коэффициента вытяжки в чистовом калибре можно использовать формулу [11], которая имеет вид

=1.12+0.0004

Где - соответствует диаметру чистового калибра в горячем состоянии, т.е. =

И тогда,

 = 1.12=0.0004•1.81 = 1.127

Уширение в чистовом круге определяется по формуле [14], которая имеет вид

?=[0.11-0.0003+0.35(-1)-0.00004(800-Д)]

Где Д - номинальный диаметр 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 предчистового калибра может быть использован простой однорадиусный овальный калибр, построение которого представлено на рис. 7

Рис. 7 Построение однорадиусного овального калибра

Для построения калибра используются определенные в соответствии с принятым при расчете калибровки режимом обжатий размеры высоты овального калибра и ширины . В практических калибровках используются овалы с отношением размеров

==1.5ч4.5.

Площадь предчистового овала

=•=257.3•1.127=290.

Толщина предчистового овала =, определяется как

=-?=18.1-2.3=15.8мм.

Ширина предчистового овала

===26.2мм.

Обжатие в чистовом калибре

?=-=26.2-18.1=8.1мм.

Угол захвата в чистовом калибре

=arccos(1-)=arccos(1-)=15°19'

Допускаемый угол захвата можно определить по методике [13] с учетом значений коэффициентов для схемы прокатки овал-круг по формуле

= ,

где v - скорость прокатки, ;

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности валков (для чугунных валков =10);

M - коэффициент, учитывающий марку прокатываемой стали ( для легированной стали M=1.4);

t - температура прокатываемой полосы, ?;

- степень заполнения предыдущего по ходу прокатки калибра;

K б; ; ;; ; ; - значения коэффициентов, определяемых при различных схемах прокатки (вытяжных калибров), определяются по таблице [11]; для системы овал-круг (=1.25; =27.74; =2.3; =0.44; =2.15; =19.8; =3.98).

Примем степень заполнения предчистового овального калибра =0.9

И, тогда максимально допускаемое значение угла захвата в чистовом калибре составит

=1.25

Поскольку <, условия захвата в чистовом калибре обеспечивается.

Отношение осей овального профиля, задаваемого в чистовой калибр, составляет

===1.66.

При степени заполнения предчистового овального калибра =0.9, найдем ширину предчистового овального калибра

===29.1мм.

Коэффициент формы калибра определяется как

===1.84.

Радиус очертания ручья овального калибра

===17.4мм.

Определим допустимое отношение осей овальной полосы по условию устойчивости ее в круглом калибре по методике [15] по формуле

=(-• v+,

где: ; ; ; ; ; - значения коэффициентов, определяемых для схемы прокатки 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 калибра принимаем согласно [11] в пределах (0.15-0.2)

И тогда,

S=0.16•=0.16•15.8=2.5мм.

Радиусы закругленных углов в овальном калибре = (0.1-0.4).

И тогда,

Притупление овального калибра на практике чаще всего составляет

И тогда

=0.2•15.8=3.2мм

Площадь сечения одного из подготовительных квадратов в сдвоенном разделительном калибре 11-й клети можно определить как для обычного диагонального квадратного калибра.

И тогда, его площадь будет равна

Коэффициент вытяжки подготовительного квадрата в овальном калибре 12-й клети может быть определен согласно рекомендациям методике [14]. Так, согласно этой методике рекомендуется общий коэффициент вытяжки при прокатке квадрата в овальном и круглом калибре определять из графика в зависимости от диаметра получаемой круглой стали. При заданном диаметре круглой стали равном 18 мм, общий коэффициент вытяжки будет =1.41. И так как

=,

то тогда

= = = 1.25

Площадь задаваемого квадрата определится по формуле (21) и будет

= 290•1.25=362 .

Построение стандартного диагонального квадратного калибра представлено на рис.8

Рис.8. Построение стандартного диагонального квадратного калибра.

Угол при вершине должен быть 90° и =. Степень заполнения квадратного калибра рекомендуется 0.9. Приближенно можно принять

=0.98

И тогда сторона квадрата калибра - c будет

= = 19.2мм.

Радиус закругления вершины квадратного калибра определяется как

=(0.1ч0.2) = 0.105•19.2 = 2мм

Закругление бунта выполняют радиусом , который определяется как

= (0.10ч0.15) = (0.10ч0.15) = 0.11•19.2• = 3мм.

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

Как уже было отмечено, калибр в 11-й клети представляет сдвоенный диагональный квадратный калибр в котором производится прокатка разделения. Построение и общий вид этого калибра приведен на рис. 9. На этом же рисунке наложен контур очертания раската из 10-й клети, поступающего в этот калибр.

Рис.9 Построение и общий вид сдвоенного диагонального квадратного калибра, производящего прокатку-разделение.

Продольное разделение многониточного раската контролируемым разрывом осуществляется путем создания в зоне перемычки растягивающих напряжений под действием осевых сил со стороны боковых поверхностей гребней двухручьевых калибров, внедряемых в металл как это может быть показано на рис.10.

Рис.10 Схема силового взаимодействия валка и раската при контролируемом разрыве.

В момент захвата за счет смятия поверхности раската внутренними боковыми гранями ручьев калибра возникает нормальная сила N и сила трения T. Равнодействующую этих сил можно разложить на поперечную Q и вертикальную P составляющие. Под действием силы P осуществляется обжатие металла валками, сила Q способствует растяжению перемычки в поперечном направлении и вызывает появление силы сопротивления растяжения перемычки S и силы сопротивления пластическому изгибу крайней заготовки в сторону разъема калибра G.

Путем измерения толщины перемычки задаваемого раската - и зазора между гребнями валков - t разделяющего калибра (см. рис.17) можно менять радиус кривизны передних концов разделенных профилей на выходе из валков и на условия разделения раската. Отсутствие в месте разделения профилей шейки разрыва перемычки позволяет получить качественную поверхность готового профиля при минимальном числе последующих проходов с обжатием мест разделения. В связи с этим способ продольного разделения раската контролируемым разрывом рекомендован [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 быть равнв 0.5ч0.55 стороны квадрата .

Исследование [1] величины зазора между гребнями валков влияет на изменение кривизны передних концов разделенных квадратных профилей при выходе из валков. Так, прямолинейность выхода получаласть при зазоре =16мм равном толщине перемычки, то выбираем

Из практики расчета калибровок при прокатке-разделении квадратных профилей [12], коэффициент обжатия 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.

Площадь разделительного сдвоенного калибра 11-й клети равна фактически удвоенной площади расчетного диагонального квадрата .

И тогда

Расстояние между осями ручьев в калибре 11-й клети - , определяется как

мм

Длина перемычки между ручьями в этом калибре определяется как

мм

Как было указано выше толщина перемычки в 10-й клети может быть определена как

мм

Длину перемычки в калибре 10-й клети рекомендуется брать около 2мм, т.е. . планетарный калибровка легированный сталь

Для проверки на захват поступающего в калибр 12-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в этом калибре и сравнить с допускаемыми данными.

При входе квадратного профиля в овальный калибр абсолютные обжатия по середине и краям профиля будут разными и определяются геметрически наложением сечения квадратного профиля на овальный калибр и будут по середине калибра

?мм

Обжатия по крайним точкам квадрата в овальном калибре на основании геометрических преобразований ориентировочно будут ?.

Как видно, эти абсолютные обжатия меньше чем абсолютные обжатия в 13-м калибре и, следовательно, при одинаковом номинальном диаметре валков и том же материале проверка на допустимые условия захвата не требуется.

С учетом изложенного, построение и общий вид подготовительного калибра в 10-й клети (перед прокаткой-разделением) может быть представлен на рис.11.

Рис.11. Построение и общий вид подготовительного калибра в 10-й клети стана

Некоторые размеры калибра можно определить следующим образом: принимаем на основании существующих калибровок при прокатке-разделении длину перемычки ;

радиус закругления вершины квадратного калибра в этой клети

=3мм.

Величина может быть определена согласно рис.17 по формуле

мм

Высота раската, выходящая из калибра 10-й клети

мм

Расстояние между осями ручьев в калибре 10-й клети - , определяется как

мм

Величина зазора по буртам калибра в 10-й клети принимается мм.

Площадь раската, выходящая из калибра 10-й клети, может быть определена согласно рис.17, как

=

Подставляя значения указанных параметров получим

Площадь не разделенного раската в калибре 11-й клети равна удвоенной площади диагонального квадратного раската, т.е.

И тогда, коэффициент вытяжки в калибре 11-й клети определяется как

Теоретическая ширина раската, выходящая из 11-й клети

мм

Теоретическая ширина раската, выходящая из 10-й клети (при радиусе закругления у бурта =5)

мм

Для проверки на захват поступающего в калибр 11-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в характерных точках калибра и сравнить с допускаемыми данными.

Так, величина абсолютного обжатия в районе перемычки двухниточного раската будет

?мм,

а в районе разрыва осей ручьев составит

?мм

легированный сталь прокат литейный модуль

Итак, как видно, здесь требует проверки на условие захвата район перемычки раската.

Угол захвата в районе перемычки при прокатке в калибре 11-й клети может быть определен как

,

где: Д -номинальный диаметр валков в 11-й клети (Д = 33мм).

Допускаемый угол захвата в 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,

и тогда максимальный допускаемый угол захвата определяется по формуле (t = 980?)

Поскольку , условия захвата в 11-м разделительном калибре выполняются.

Калибр в 9-ой клети промежуточной группы клетей, расположен в вертикальных валках и может в большой степени напоминатьдиагональный квадратный калибр, но имеет свои особенности. Он предназначен для прокатки ромбического раската и в районе разъема имеет более стесненную форму чем обычный диагональный калибр. Прокатака в этом калибре предусматривает деформационную проработку будущих боковых горизонтальных частей двухниточного проката, который будет подвергаться прокатке-разделению. С учетом изложенного построение и общий вид этого подготовительного калибра в 9-клети может быть представлен на рис.12.

Рис. 12. Построение и общий вид подготовительного калибра в 9-й клети стана

Для определения ряда параметров калибра используем некоторые эмперические зависимости, полученные в аналогичных калибровках при прокатке-разделении [12].

Так, сторона квадрата как и для 10-го калибра может быть определена как

мм

Величина , представляющую среднюю часть калибра рекомендуется брать как 40% от диагональной части калибра.

И тогда,

мм

Уклон буртов в средней части калибра на основании практических данных берем в пределах 25%, это позволяет получить максимальную ширину раската.

мм

Ширина диагональной квадратной части калибра будет

мм

На основании практических данных калибровок по прокатке-разделению [12] принимаем радиусы закруглений у вершин калибров и у буртов одинаковыми и равными 5мм, т.е. мм.

Толщина калибра 9-й клети будет

мм.

Толщина раската, выходящего из калибра 9-й клети

мм.

Также на основании практических данных [1] величину зазора по буртам калибра принимаем 5мм, т.е. мм.

Площадь раската, выходящего из 9-й клети может быть определена как

,

и тогда, подставляя значения указанных параметров, получим

Коэффициент вытяжки в калибре 10- клети определяется как

.

Для проверки на захват, поступающего в калибр 10-й клети раската, необходимо провести расчет абсолютного обжатия в этой клети.

Так как формы калибров 9-й и 10-й клети сильно различаются по конфигурации, то заменем их площадь приведенной (прямоугольной формы), где ширина полосы будет равна ширине раската, а толщина приведенной полосы может определена

мм

мм

Приведенная величина абсолютного обжатия будет

?мм

Приведенная величина угла захвата в калибре 10-й клети будет

Как видно приведенный угол захвата значительно меньше ранее подсчитанных максимальных значений для подобных условий и, следовательно, условие захвата должно выполняться.

Наиболее целесообразной формой калибра 8-клети является ромбический калибр, расположенный в горизонтальных валках. Построение и общий вид этого калибра представлено на рис.13.

Рис.13. Построение и общий вид подготовительного ромбического калибра в 8-й клети стана

Размеры и ромбического калибра определяют в процессе расчета калибровки 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 ромбические калибры, характеризующиеся величиной .

Для предотвращения образования в зазорах калибра «лампасов» рекомендуется принимать степень заполнения калибров

д = .

Определяем максимально допустимый 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

,

И тогда

и тогда величина максимального абсолютного обжатия будет

(мм)

?мм

При прокатке ромбической заготовки в квадратном калибре (условно можно считать прокатку ромбического раската в 9-м калибре). Сторона приведенного квадрата может быть определена как

мм

Возможная ширина раската, выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет

мм

Принимаем коэффициент вытяжки в 9-м калибре , можно вычислить площадь раската в 8-м калибре как

И тогда, толщина раската, выходящая из ромбического калибра 8-й клети будет

мм

Необходимо рассчитать уширение в 9-м калибре, чтобы выявить не будет ли переполнение калибра.

Уширение ромбической полосы в квадратном калибре, если сторона квадратного (диагонального) калибра >30мм определяется по следующей формуле [11].

и тогда, подставляя значения получим

мм

С учетом уширеня ширина раската в 9-м калибре должна быть

мм

и как видно такой раскат из ромбического калибра в квадратном может быть прокатан без переполнения калибра, т.к. и как видно .

Остальные размеры ромбического калибра определяются из следующих эмперических рекомендаций [11]

Так,

Отношение диагоналей в калибре расчетное

,

что как видно находится в рекомендованных пределах.

Величину зазора у разъема калибра принимаем равным 5мм, т.е. .

Теоретическая высота ромбического калибра - может быть определена по формуле [14]

мм

Притупление - ромбической полосы у разъема калибра определяется как

мм

Теоретическая ширина ромбического калибра - определяется как

мм

Угол при вершине - в может быть определен как

, откуда

и тогда

в = 2•arctg1.98 = 126.4°

Сторона ромба - определяется как

мм

В черновой группе клетей, состоящей из 6 - ти рабочих клетей дуо с чередующимися горизонтальными и вертикальными валками прокатка круглой заготовки диаметром 80мм, постапающая из обжимной косовалковой планетарной клети прокатывается по системе вытяжных калибров овал-ребровой овал. Эта система получила широкое распространение при прокатке на непрерывных станах круглой стали повышенной точности из легированных и высокопрочных сталей [14-16].

В 7-й клети черновой группы калибр представляет ребровой овал, распологающийся в вертикальных валках. Построение и общий вид этого калибра представлены на рис.14.



Рис.14. Построение и общий вид чернового калибра «ребрового овала» в 7-й и других клетях черновой группы стана

Коэффициент вытяжки в ромбическом калибре 8-й клети раската в виде ребрового овала на основании практических данных можно рекомендовать в пределах 1.2-1.4. И тогда, площадь раската, выходящая из калибра в виде ребрового овала в 7-й клети будет

Суммарный коэффициент вытяжки в черновой группе клетей будет

,

где - площадь круглого раската, выходящего из обжимной планетарной клети, .

Ранее на основании практических зарубежных данных [4] было показано, что с учетом деформации в планетарной клети непрерывно-литых заготовок диаметром 200мм, оптимальным по кинематическим зависимостям раскат, выходящий из этой клети должен иметь круглое сечение диаметром 80мм.

И тогда,



Средний коэффициент вытяжки в этой системе калибров будет

Обычно, как показывает практика [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 рекомендуется рассчитывать по формуле

Во 2-й клети круг должен прокатываться в овальном калибре, что приводит к уменьшению коэффициента вытяжки и тогда

При отношении раскат становится неустойчивым при прокатке в ребровом овальном калибре. Обычно используют овалы с соотношением . В ребровых овальных калибрах соотношение между высотой и шириной калибра составляет

=1.05ч1.25.

Определим допустимый угол захвата в ромбическом калибре 8-клети, если v =3.4 м/с; t = 995? и валки чугунные, по формуле [14] в диапазоне v = 2-4м/с.

И тогда, величина максимального абсолютного обжатия при

, будет

мм.

Толщина раската, выходящего из 7-й клети будет и определяется как

мм

Ширина раската, выходящего из 7-й клети будет и определяется как

мм

Величину радиуса овала определяют по формуле

мм

Закругление бурта выполняют радиусом

мм

Рекомендуется степень заполнения калибра , (принимаем ).

Величину зазора принимаем

мм

Величину притупления овала при определяем равной величине зазора т.е. мм.

Общая схема расположения вытяжных калибров черновой группы клетей стана представлена на рис.15

Рис.15. Общая схема расположения калибров по системе овал-ребровой овал в черновой группе клетей 420

Итак, как видно, в 6-й клети калибр выполняется овальным и распологается в горизонтальных валках.

Площадь овала этого калибра определяется как

.

Овальный калибр выполняется однорадиусным и схематично ничем не отличается от ранее рассмотренного овального калибра в читовой группе клетей (см. рис.15).

Высота овального калибра

где - уширение овальной полосы в ребровом овальном калибре, рекомендуется определять по формуле

•

где Д - диаметр валков, равный 420мм

И, тогда

Ширина раската, выходящая из овального калибра

)

Как известно, площадь овального калибра представляет собой

Формулу (93) можно представить в виде квадратного уравнения, решение которого позволяет определить

после раскрытия скобок получим



И тогда, абсолютное обжатие в ребровом овальном калибре 7-й клети будет мм.

Определим допустимый угол захвата в ребровом овале 7-й клети, если v =2.8м/с; t = 1000? и валки стальные и тогда, по формуле в диапазоне 2-4 м/с допустимый угол захвата будет

И тогда, величина максимального допустимого обжатия при

.

мм

Как видно условия захвата выполняются, а уширение будет

.

Окончательно размеры овала в калибре 6-й клети будут

и мм.

Остальные размеры овального калибра будут: радиус ручьев определяется как

мм

Зазор S по буртам калибра будет

мм

Радиус закруглений углов

мм

Как видно из рис.23 в 5-й клети калибр представляет ребровой овал и распологается в вертикальных валках.

Калибровка валков в парах калибров 4 и5-ой клетей, 2 и 3-ей клетей производится аналогично приведенным расчетам калибровки калибров 6 и 7 клетей и, согласно общей схеме расположения калибров (см.рис.23) во 2-ой клети калибр выполняется в виде однорадиусного овала и располагается в горизонтальных валках. В этом калибре предполагается прокатка круглого профиля диаметром 80мм, поступающего из обжимной планетарной 3-х валковой клети с косым расположением валков.

Коэффициент вытяжки в овальном калибре 2-й клети составит

Где - площадь сечения круглого раската (диаметром 80мм), поступающего из обжимной планетарной клети.

Абсолютное обжатие по вершинам в овальном калибре 2-клети будет

Среднее абсолютное обжатие при прокатке круга в овальном калибре 2-й клети будет

При прокатке круглой заготовки в овальном калибре уширение можно определить про приближенной формуле

Возможная ширина раската в овальном калибре 2-й клети будет

,

что как видно несколько меньше и, следовательно переполнения калибра не будет.

Калибровка обжимной косовалковой планетарной клети заключается в установке наклонных конических валков, которые при вращении вокруг своей оси и планетарном движении должны образовывать просвет с необходимым вписанным кругом (в рассматриваемом случае диаметром 80 мм) на выходе раската из валков, и аналогично с необходимым вписанным кругом (диаметром 200мм) на входе заготовки в валки. В задачу калибровки валков входит определение длины очага деформации, которая определяется конической частью валка, углом наклона валков, диаметром валков.

Общая схема очага деформации с указанием необходимых для осуществления прокатки рассматриваемой заготовки, параметров калибровки наклонных конических валков, представлена на рис.16.

Определение указанных на схеме параметров и представляет собой задачу калибровки валков обжимной косовалковой планетарной клети.



Рис.16. Общая схема калибровки валков обжимной планетарной 3-х валковой клети в очаге деформации при прокатке круглой заготовки

Размеры представленные на рис.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 скрещивания валка с осью прокатки;

- соответственно радиусы валка на пережиме, калибрующем участке и максимальный (на входе заготовки);

А - тангенсиальное смещение валка (на рисунке не показано).

На основании практических данных, полученных из условий конструирования и опыта работы подобных станов рекомендуется выбирать некоторые элементы и параметры калибровки валков в таких пределах:

(т.е диаметр валка в пережиме );

(т.е макимальный диаметр валка );

Ш = 45-60° (т.е угол скрещивания берем ш = 55°);

угол между линией центров вала-заготовки и линией проекции валка щ = 45°.

Коэффициент вытяжки в 1-й клети

м =

Остальные два рабочих валка обжимной клети имеют те же размеры, которые были представлениы выше для расчитываемого валка.

В расчетах калибровки были использованы параметры скорости раската и температуры по клетям.

Так, скорости по выходу из клетей рассчитывались по формуле

И тогда, принимая скорость готового раската (в виде круга диаметром 18мм) из последней клети стана 8 м/с получим:

;

;

;

;

;

;

;

;

;

 ;

;

;

Скорость входа заготовки в 1-ю (планетарную) клеть будет или примерно 7.9м/мин.

Общее изменение температуры металла при прокатке может быть определено по формуле [13]

Где и - понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты излучением и конвекцией в окружающую среду;

- понижение температуры металла вследствие отдачи теплоты теплопроводностью при контакте с валками, проводками, роликами рольгангов;

- повышение температуры металла вследствие перехода механической энергии деформации в теплоту.

При сортовой прокатке рекомендуется учитывать лишь такие составляющие как и и тогда формулу (178) можно приближенно записать как

И тогда, на основе использования метода, изменение температуры раската за время прокатки в калибре и перемещения к следующему калибру составит



Где - температура раската перед входом в рассматриваемый калибр, ?;

П - периметр поперечного сечения раската после прохода, мм;

F - площадь поперечного сечения раската после прохода, ;

ф - время охлаждения раската, с;

- повышение температуры металла в калибре, ? и определяется по формуле

,

Где

р - сопротивление металла пластической деформации, МПА;

м - коэффициент вытяжки.

Так, например, изменение температуры металла за время движения заготовки от нагревательной печи до 1-ой клети стана по формуле (200) составит (если температура нагрева заготовки , ,

ф=, П=п•200=628мм, F=31416)

Повышение температуры металла в 1-ой (планетарной) клети за счет интенсивной деформации можно определить по формуле (201) принимая р=100МПА и и тогда

.

Окончательно температура металла после прокатки в каждой клети с учетом изменения температур раската, рассчитанных по формулам (107) и (108) и внесенных практических поправок составит: и

Основные размеры раската и параметры калибровки при прокатке круга диаметром 18мм из заготовки диаметром 200мм по клетям стана приведены в таблице 3.

Таблица 3. Основные калибровки по проходам при прокатке круга ?18мм из заготовки ?200мм.

№ прохо-да	Вид калибра	Расположение валков	Размера раската	Обжатие, , мм	Ушире-ние, ?b, мм	Площадь калибра, F, мм	Коэф. Вытяжки, м	Тем-ра раската, t,?	Скорость прокатки v, м/с	Примечание
			Толщи-на, h	Ширина, b
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Начальные условия:		31416		1050	0.13	Тем-ра нагрева
1	3-х валковый	Наклонные	d=80мм	?d=120мм	5027	6.25	1030	0.82	Косовалк. Планет. Клеть.
2	Однорадиусный овал	Горизонтальное	56.2	109.7	23.8	29.7	4284	1.18	1025	0.97
3	Ребровой овал	Вертикальное	77.6	61.6	32.1	5.4	3553	1.2	1020	1.16
4	Однорадиусный овал	Горизонтальное	45.5	89.2	16.1	11.3	2842	1.25	1015	1.45
5	Ребровой овал	Вертикальное	62.4	50.6	26.8	5.1	2368	1.2	1010	1.75
6	Однорадиусный овал	Горизонтальное	37.3	72.5	13	10.1	1894	1.25	1005	2.18
7	Ребровой овал	вертикальное	50.1	42	22.4	4.7	1578	1.2	1000	2.62
8	Ромб	Горизонтальное	35	69.3	7.0	19.2	1214	1.3	995	3.40
9	Диагон. квадратн. типа	Вертикальное	43.8	37.7	25.5	2.7	1074.4	1.13	990	3.85
10	Сдвоенный диагон. квадр. типа	Горизонтальное	28.06	47.6	6.34	3.8	879.3	1.22	985	4.69
11	Сдвоенный диагональный квадратн.	Горизонтальное	25.5 (19.2)	52.6 (19.2)	2.56	5.0	724/962	1.21	980	5.68	Разделение раската в калибре
12	Однорадиусный овал	Вертикальное	15.8	26.2	3.4	7.0	290	1.25	955	7.1	Кантовка на 45°
13	Круг	Горизонтальное	18.1	18.22	8.1	2.3	257.3	1.127	950	8.0

Расчетные схемы калибров валков по всем клетям стана при прокатке круга ?18мм из непрерывнолитой заготовки ?200мм приведены на рис. 17.

Рис.17. Калибровка валков для прокатки круглой стали ?18мм в чистовой, подготовительной, черновой и обжимной группах клетей стана

6. Выбор и расчет скоростного режима прокатки по клетям (проходам с учетом разливки на МНЛЗ)

Определение скоростей прокатки по клетям для расчетного профиля было выполнено в предыдущем разделе при расчете калибровки в зависимости от выбранной скорости прокатки. В данном разделе предлагается подход к выбору скоростей прокатки профилей в зависимости от их сортамента, технических возможностей стана и оптимальных условий производительности МНЛЗ.

Сортамент профилей проектируемого литейно-прокатного модуля включает ряд профилей указанных в ранее приведенной укрупненной программе производства. (см. табл. 1). Как видно сортамент профилей для скорости их прокатки наиболее целесообразно сгруппировать по их сечению и группам сталей, углеродистых и легированных. Такой подход позволит оптимально загрузить двигатели согласно рассчитанной их мощности и получить требуемую производительность стана с учетом возможностей МНЛЗ. Так, максимальную скорость прокатки 10 м/с предлагается назначить для наиболее мелкого сорта стана из рядовых углеродистых сталей, а минимальную - 6 м/с будет у наиболее крупной части сорта из легированных сталей. Параметром размера профиля может быть площадь его поперечного сечения.

И тогда, для всех остальных профилей, оптимальную скорость прокатки можно определить по графикам скоростной зависимости, представленным на рис. 18. При этом, скорость прокатки легированных сталей предлагается уменьшить примерно на 10-15%.

Рис.18 Графики выбора скорости прокатки профилей в зависимости от площади их поперечного сечения на комбинированном мелкосортно-проволочном стане литейно прокатного модуля

1 - для углеродистых сталей; 2 - для легированных сталей.

Пунктиром показан выбор скорости прокатки расчетного профиля. Так, например, площадь сечения круглого профиля диаметром 18 мм равна 254.5 ; профиль из легированной стали, и тогда, согласно графику 2, скорость прокатки составляет 8 м/с.

При прокатке на непрерывном стане профилей, необходимо знать опережение, которое связывает скорость прокатки их со скоростью валков следующей формулой

Где - опережение при прокатке в калибрах.

Следует обратить внимание, что при прокатке в калибрах, когда диаметр валка изменяется в соответствии с конфигурацией калибра, необходимо использовать понятие среднего катающего диаметра.

Для простых калибров, которые используются для прокатки расчетного профиля, катающий диаметр валков рекомендуется определять по средней высоте приведенной полосы [11] как

При прокатке в калибрах величину опережения по отношению к катающему диаметру следует рассчитывать по формуле

Где - среднее значение угла нейтрального сечения, определяемое по методу приведенной полосы



Где - среднее значение угла захвата, определяется как

Где - среднее обжатие в калибре, определяемое по методу приведенной полосы.

И тогда, окружная скорость валка по катающему диаметру будет

И затем из этой формулы частота вращения валков

Для определения входящего в формулу коэффициента трения в условиях установившегося процесса может быть использована методика ДРМстУ в виде следующей эмпирической формулы

Где t - температура прокатки, ?;

- коэффициент, учитывающий состояние поверхности и материал валков;

- коэффициент, учитывающий содержание углерода в стали;

- коэффициент, учитывающий скорость прокатки.

Так, например, расчеты по формулам для чистовой клети будут:

Коэффициенты для расчета коэффициента трения будут: для чугунных шлифованных валков при прокатке стали 30ХГСА и при скорости прокатки >5м/с . И тогда, при t=950?

Далее

или 1.4%

;

об/мин.

Как показали расчеты опережение по клетям в среднем составляет 2%.

И тогда, окружные скорости валков по катающему диаметру и частота вращения валков по клетям мелкосортной части стана будут:

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

; ; ;

7. Определение времени, ритма прокатки и расчет производительности стана по расчетному профилю

Определение времени и ритма прокатки круглого профиля диаметром 18 мм.

Прокатка непрерывно-литой заготовки в круглый профиль ?18мм производится на непрерывном стане, состоящем из 4-х групп клетей: обжимной-планетарной с 3-мя косорасположенными валками; черновой, состоящей из 6-ти клетей; подготовительной, состоящей из 4-х клетей; и чистовой, состоящей из 2-х двухклетевых подгрупп, где прокатка в каждой после разделения ведется в одну нитку, а затем при необходимости профиль ?18мм может служить заготовкой и прокатывается в проволоку ?6мм в 10-ти клетевом блоке 150.

Прокатка ведется одновременно во всех клетях с использованием условия постоянства секундных объемов.

Прокатка ведется из непрерывно-литых круглых заготовок ?200мм и длиной 6-12 м. Для уменьшения падения температуры конца заготовки лучше использовать заготовки длиной 6 м, хотя это несколько снижает производительность.

Машинное время прокатки на непрерывном стане примерно одинаково для каждой клети. Так, например, его можно определить следующим образом для 1-й (обжимной) клети (см. табл.3)

Где - длина заготовки,

- коэффициент вытяжки в 1-й клети

- скорость прокатки заготовки.

Паузу между заготовками принимаем равной 3с, откуда частичный ритм прокатки круглой стали ?18мм составляет

Время пробега полосы от одной клети к другой может быть определено как

,

Где - расстояние между соседними клетями;

- скорость движения полосы между этими клетями.

Результаты расчетов по формуле (212) будут:

И тогда, график прокатки круглой стали ?18мм на основании проведенных расчетов представлен на рис.19.



Рис.19. График прокатки круглой стали ?18мм на непрерывном стане с планетарной клетью PSW литейно-прокатного модуля по производству легированного мелкого сорта и проволоки

Как видно из графика полное время прокатки 6-ти метровой заготовки в круглый профиль составляет 84.74с.

Расчет производительности стана при прокатке расчетного профиля.

При определении среднечасовой производительности стана за смену необходимо учесть время на прием и сдачу смены, профилактический осмотр и ремонт оборудования и другие регламентированные перерывы во время смены (это должно учитываться специальными коэффициентами использования стана) [21].

Часовая производительность прокатного стана по годному [17]

,

Где r - ритм прокатки, сек;

К - коэффициент использования стана (для новых автоматизированных станов в стадии освоения, К=0.9);

б - коэффициент выхода годного (иначе в.г.), согласно табл.2 он равен 95.72%;

Q - масса исходной заготовки определяется как

Где - диаметр заготовки, м;

- длина заготовки, м;

с - плотность стали, т/.

И тогда

.

Годовая производительность стана по расчетному профилю определяется как

[т]

Где - число рабочих часов работы стана в году (принимается на основании практики работы станов равным 7100 час).

И тогда,

тонн

Производительность стана по укрупненной программе определяется: среднечасовая как

[ т/час]

Где - соответственно удельный вес отдельных профилеразмеров профилей в сортаменте стана;

- часовая производительность при прокатке каждого профиля сортамента;

И годовая [т]

8. Определение энергосиловых параметров и фактической мощности, приходящейся на главные приводы стана, при производстве расчетного профиля

Расчет контактного давления и усилия прокатки на валках стана

Усилие, действующее на валок в процессе прокатки определяется по формуле

Где - среднее контактное давление, МПа;

- горизонтальная проекция контактной поверхности, .

Среднее контактное давление определяется в зависимости от истинного сопротивления деформации и коэффициента напряженного состояния по формуле

Определение истинного сопротивления деформации определяется с учетом температуры, степени и скорости деформации по графоаналитическому методу А.А Динника, по специальным номограммам и формуле



Где к - коэффициент, учитывающий степень деформации;

- сопротивление деформации в зависимости от температуры и скорости деформации при е=30%.

Степень деформации и скорость деформации с учетом прокатки в калибрах определяется по параметрам, соответствующих методу проведенной полосы при котором средняя толщина полосы в калибре определяется как

Где - площадь сечения раската в калибре,

- ширина раската в калибре.

И тогда, степень деформации раската в калибре будет

;

скорость деформации определяется как

Коэффициент напряженного состояния при прокатке в простых калибрах можно определить по эмпирической формуле М.Я Бровмака [14] как

Где m=- фактор формы, определяемый для продольного сечения очага деформации по вертикальной оси симметрии калибра;

a,b - постоянные для каждого типа калибров, так: для ромбических и квадратных калибров а=0.75; b=0.5; для овальных калибров a=0.6; b=0.8.

Горизонтальная проекция контактной поверхности валка деформируемым металлом определяется по формулам В.Г Дрозда, полученных аналитическим методом [14] для следующих калибров:

Ромб-квадрат

Квадрат-овал

Овал-овал, овал-круг, овал-квадрат и круг-овал

При этом: длина очага деформации определяется по середине калибра, а и - представляет ширину раската из предыдущего калибра и ширину рассматриваемого калибра.

Согласно принятой методике [14] и приведенных формул определяются силовые параметры Р и соответствующие им параметры.

Так, например, для 13-й (чистовой клети) необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-круг будут:

;

мм;

;

По графическому методу А.А. Динника [16] из номограмм стали 30ХГСА будут:

К=0.98 и тогда

m=

мН или 111.7кН.

Для 8-й (подготовительной) клети необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-ромб будут:

По графическому методу А.А. Динника из номограмм находим:

к=1.04; и тогда

m=

мН

или 336.9кН;

Для 4-й (черновой) клети необходимые расчеты с учетом данных табл.3 и системы калибров овал-круг будут:

По графоаналитическому методу А.А. Динника из номограмм находим

к=1.0; т.е

m=

МН или 565.5 кН

В обжимной клети ориентировочно принимаем , так как методика расчета энергосиловых параметров для клети PSW в литературе отсутствует.

Расчет крутящих моментов и мощности прокатки. Определение мощности главных двигателей стана.

В практических расчетах крутящий момент прокатки определяется по усилию прокатки Р и плеча а, которое представляет некоторую часть длины очага деформации. И тогда, для 2-х валков

где - коэффициент плеча, который при прокатке круглых профилей рекомендуется брать [11].

Стан работает без ускорений и торможений и поэтому динамический момент отсутствует.

Мощность, расходуемая на прокатку, определяется по формуле:

где - угловая скорость валков, 1/с; (которая может быть определена как (135)

Частота оборотов валков определяется из выражения

И, наконец, мощность, отнесенная к валу двигателя будет,

где - з коэффициент полезного действия привода, ориентировочно можно принять =0,7.

Итак, приведенная методика может быть использована для всех клетей черновой, подготовительной и чистовой группы клетей.

Что касается обжимной 3-х валковой планетарной клети, то мощность ее привода может быть определена как

Где Апр - работа прокатки, которая может быть определена по формуле Финка [14] как

- время прокатки заготовки в обжимной клети, сек.

Объем прокатываемой заготовки определяется как

,,

а время прокатки будет

Выборочные расчеты по 13-ой, 8-ой, 4-ой и 1-ой мелкосортной части стана имеют следующий вид:

По 13-ой (чистовой) клети:

;

;

По 8-ой (подготовительной) клети:

;

;

По 4-ой (черновой) клети:

;

;

По 1-ой (обжимной клети) расчет мощности производится с использованием формулы Финка

; ;

При выборе двигателей стана рассчитанные мощности следует завысить на 30-50%, так как возможна прокатка труднодеформируемых сталей и более крупного сортамента.

Размещено на Allbest.ru

...