Прокатка и калибровка угловой стали
Рис. 14.12. Угловой равнобокий профиль по ГОСТ 8509-93
По ГОСТ 8509-93 производят равнополочную угловую сталь (уголки — рис. 14.12) с полками шириной Ь от 20x20 до 250x250 мм (уголки № 2—25) и по ГОСТ 8510—93 — неравнополочные угловую сталь 25x16—250x160 мм (№ 2,5/1,6—25/16). Минимальная толщина 1 профиля на уголках № 2 и 2,5 составляет 3 и 4 мм, для самых крупных уголков № 25 она изменяется в пределах 16—35 мм. Выпускаются уголки обычной и высокой точности (маркировка В и А соответственно). Допуски на ширину полок зависят от номера профиля, а на толщину — как от номера, так и от группы точности. Для уголков № 2 и 2,5 по ширине полок допуск составляет ±1,0 мм, а для № 22—25 он увеличивается до ±4,0 мм. По толщине мелкие уголки (при толщине 3 и 4 мм) по группе А имеют допуск ±0,2...—0,3 и по группе В ±0,3...—0,4 мм, а крупные уголки (при толщине выше 9 мм) по группе А имеют допуски ±0,4...— 0,8 мм и по группе В ±0,5...—0,9 мм. Возможно отклонение от прямого угла при вершине до 35 мин. Регламентируется также притупление этого угла (на мелких уголках до 0,3? и на крупных — до 3 мм). В ГОСТе оговариваются также радиусы закруглений Лиги наличие прямого угла по концам полок. Они используются для построения калибровки валков, но на готовом прокате не контролируются. Длина готовых штанг, поставляемых потребителю, составляет 4—12 м.
Большая доля угловых профилей производится на линейных, последовательных и других станах, где полоса при прокатке не испытывает натяжения или подпора со стороны соседних клетей. В этих условиях только за счет калибровки валков обеспечивается максимальная точность проката, есть возможность выполнить требования ГОСТа по углу и радиусам закруглений на торцах полок. На таких станах распространены три схемы прокатки профиля (рис. 14.13).
В схеме прокатки с прямыми полками в закрытых калибрах (рис. 14.13, /) центральный угол постепенно уменьшается от 180 до 90°. Закрытые калибры и чередование разъемов сверху и снизу обеспечивают высокую точность проката, достаточно хорошее выполнение угла и радиуса закругления на концах полок. Недостатком такого способа прокатки является сравнительно низкое обжатие полок по толщине, потому что деформация их осуществляется в боковом направлении (боковое обжатие). Кроме того, глубокий врез в валки и повышенный износ калибров из-за большой разницы скоростей валков и полосы по вершине и концам полок делают такую схему малопригодной для прокатки средних и крупных уголков.
Этих недостатков лишена схема прокатки с развернутыми полками в закрытых калибрах (см. рис. 14.13, II). Центральный угол в первом калибре обычно принимают равным 130—145°, в последующих калибрах он постепенно уменьшается до 90°. В данной схеме прокатки полки на значительной части получают прямое (по вертикали) обжатие, что позволяет интенсифицировать их утонение. Количество пропусков по сравнению с прямополочной калибровкой сокращается, прокатка ведется при более высоких температурах, появляется возможность прокатки более тонкостенных профилей. Практически все достоинства предыдущей схемы прокатки здесь также сохраняются. Но схема прокатки с развернутыми полками в закрытых калибрах не применяется при производстве крупных уголков. При переходе от развернутых к чистовому калибру при-
Рис. 14.13. Схемы прокатки угловых профилей ходится совершать большую работу формоизменения, что ведет к уменьшению устойчивости прокатки, снижению условий захвата, появлению растягивающих напряжений на наружных гранях полок и, возможно, к появлению на них микротрещин. Для разгибания полок приходится применять несколько калибров. В связи с этим для крупных (и средних) профилей хорошо зарекомендовала себя промежуточная схема прокатки угловой стали с применением закрытых развернутых калибров с постепенным сгибанием полок. Эта схема принципиально построена гак же, как и предыдущая (см. рис. 14.13, II), но полки начинают сгибаться раньше. Постепенный переход от полностью развернугых черновых к прямополочному чистовому калибру обеспечивает устойчивость и технологичность прокатки и высокое качество проката.
Во всех рассмотренных схемах прокатки применяются закрытые калибры с чередующимися разъемами сверху и снизу. Закрытость калибра позволяет контролировать ширину полок, а чередование разъемов обеспечивает поочередную проработку верха и низа концов полок и формирование записанных в ГОСТе прямого угла и радиуса на этом участке профиля. Это объективно должно было обеспечить высокую точность профиля. Но она на линейных станах недостижима из-за их конструктивных недостатков клетей.
Рис. 14.14. Прокатка угловой стали при диагональном расположении заготовки в первом калибре
На полунепрерывных и других станах, в том числе линейных, была разработана калибровка валков, в которой большую часть деформации осуществляют в открытых калибрах (см. рис. 14.13, III). Контроль ширины полосы осуществляется либо в вертикальных клетях, либо в ребровых пропусках (такой вариант показан на рис. 14.13, III). Последние калибры могут быть как открытыми, гак и закрытыми. Эта схема прокатки позволяет деформировать металл более интенсивно, чем в закрытых калибрах, а меньшая точность в открытых калибрах может быть скомпенсирована применением последних закрытых калибров при хорошо регулируемом и небольшом натяжении между клетями.
Приведенные схемы прокатки могут иметь разновидности. Если на рис. 14.13 исходная заготовка подается в первый калибр “плашмя”, то на некоторых станах предпочитают прокатывать ее “по диагонали” (рис. 14.14). Такая калибровка позволяет быстрее наращивать длину полок и поддерживать во всех калибрах угол при вершине постоянным (90°).
При прокатке неравнобоких уголков применяются те же схемы прокатки. Но расположение калибров на валках при этом несимметрично относительно вертикали. Возможны два способа их расположения (рис. 14.15). По первому способу биссектриса центрального угла проходит по вертикали (см. рис. 14.15, а). Вертикальные проекции полок различны, сила прокатки на левую и правую полки неодинаковы, поэтому валки при прокатке смещаются в осевом направлении, и толщина длинной полки получается больше, чем короткой. Необходимо на валках нарезать замки, чтобы предотвратить их осевое смещение.
При втором способе расположения калибров (см. рис. 14.15, б) силы на обе полки выравнены, прокатка обеспечивает более высокую точность проката, не приводит к скручиванию профиля, протекает более устойчиво. Поэтому второй способ расположения калибров более распространен. Но в первом варианте при изменении зазора между валками толщина полок изменяется одинаково, и есть возможность прокатывать в одном калибре серию уголков с разной толщиной. Такой возможности не обеспечивает второй вариант.
Рис. 14.15. Варианты расположения калибров на валках при прокатке неравнобоких уголков
При прокатке на непрерывных станах приведенные выше схемы прокатки не применяются. Прокатка с петлей приводит к полному искажению профиля между клетями, поэтому невозможна. При прокатке с натяжением колебания натяжения сильно сказываются на точности профиля. Как мы знаем, влияние натяжения на толщину определяется через колебания силы прокатки (формула Головина—Симса). На ширине полок колебания натяжения отражаются непосредственно через уширение и в большей мере, чем на толщине. Концевые участки по длине полосы заметно шире и толще, чем средняя часть. Если закрытый калибр настроить на концевой участок, то средняя часть полосы проходит закрытый калибр как открытый, без бокового стесняющего воздействия стенок калибра на уширение, отчего точность профиля недостаточна. Наоборот, если прокатку вести так, чтобы средняя часть полосы обрабатывалась стенками калибра по ширине, то концевые участки будут переполнять калибр, появится заусенец, который быстро изнашивает калибр, валки могут даже сломаться. Теряется смысл в закрытых калибрах.
При применении открытых калибров становится невозможным получение гостовской конфигурации кромок полок (требуемых ширины полок и точного радиуса и угла 90° по кромкам). В ГОСТе оговорено, что при сдаче продукции радиус и угол по кромкам не контролируются. Это не значит, что не надо стремиться к их выполнению. Очевидно, на непрерывных станах необходимо вводить дополнительные ребровые калибры для выравнивания и контроля ширины полок. Роль ребровых калибров могут выполнять вертикальные клети, если они имеются.
На непрерывных и полунепрерывных станах применяется полосовая схема прокатки уголков, отличающаяся от схемы на рис. 14.13, III тем, что в ней полностью исключены закрытые калибры. Такая калибровка валков разработана на непрерывном мелкосортном стане 250 ЧерМК (рис. 14.16 и 14.17). В первых клетях стана, когда прокатка должна проводиться по системе ящичных калибров, широко используются преимущества прокатки на гладкой бочке. В последующих горизонтальных клетях поперечное сечение проката больше напоминает полосу, чем уголок. Эго дает возможность прокатывать профиль как с натяжением, гак и с петлей. Прокатку в обеих группах клетей удобнее проводить с небольшим натяжением. Это обеспечивает удобную работу, но
Рис. 14.16. Схема прокатки равнобоких уголков на мелкосортном стане 250 ЧерМК
Рис. 14.17. Схема прокатки неравнобоких уголков на мелкосортном стане 250 ЧерМК при такой прокатке закрытые калибры неприменимы. С другой стороны, без закрытых калибров точных размеров уголка получить не удастся. Поэтому точность профиля необходимо обеспечить в вертикальных клетях стана. В качестве ребровых используются 8-я и 14-я вертикальные клети. Успех всей калибровки обеспечивается работой этих калибров. Они должны надежно удерживать профиль так, чтобы для выравнивания ширины полок допускалось различное их обжатие. Кроме того, ребровые калибры должны без образования наплывов устранять избыточное уширение концевых участков полосы.
На мелкосортном стане 250-1 Криворожского металлургического комбината, аналогичном череповецкому, калибровку уголков начали осваивать раньше, чем на ЧерМК, и основной идеей калибровки была ее универсальность (рис. 14.18). Калибры черновой группы клетей являются общими для прокатки круглых и угловых профилей. Овальная полоса, полученная в клети 6, далее в чистовой группе используется для получения либо круглого проката, либо для уголка. Успех такой калибровки практически полностью определяется правильностью расчета деформации овальной полосы в калибре 7 и, что важнее, удержанием расчетных размеров при прокатке в этом калибре. Чтобы умень-
Рис. 14.18. Калибровка уголка на непрерывном мелкосортном стане по универсальному принципу шить ошибки в уширении, здесь калибр выполнен закрытым (как и следующий). Но эго, как известно, имеет смысл только при прокатке либо с небольшим и жестко регулируемым натяжением, либо с петлей при небольшом петлеобразовании и хорошей системе регулирования петли. На криворожском стане в чистовых клетях ведут прокатку с небольшой петлей. Точность при этом теряется, производительность стана уменьшается, а настройка стана усложняется. Теряются удобства работы на стане. Может быть, следовало бы выполнить калибры 7 и 9 открытыми, но подключить неиспользуемые вертикальные клети 8 и 10 для формирования ширины полок профиля и организовать прокатку с натяжением. В этом плане череповецкая калибровка лучше криворожской.
Применяемые на других непрерывных мелкосортных станах калибровки различаются лишь конструкцией вертикальных калибров. На ЧерМК подобная схема прокатки уголков в открытых калибрах применяется также на среднесортном полунепрерывном стане 350 для уголков размерами от 50x50 до 75x75 мм.
