Прокатка и калибровка швеллера
По ГОСТ 8240—89 выпускаются швеллеры высотой Я = 50—600 мм (№ 5— 60), шириной полки В от 32 до 190 мм, толщиной полки t от 7,0 до 17,8 мм и толщиной стенки d от 4,5 до 12 мм. Обыкновенные швеллеры серии У и специальные серии С (отличающиеся от первых большими толщинами полки и стенки) выпускаются с уклонами по внутренним граням полки (рис. 14.32). Швеллеры серии П (параллельные), Э (экономичные) и Л (легкие) имеют параллельные грани полок. Швеллеры серии Э в отличие от серии П имеют более тонкую стенку 5 (от 4,4 до 8,0 мм), швеллеры легкой серии Л — более тонкую стенку и полки и укороченные размеры полки. Для товарной продукции обозначают тип и размеры швеллера, например № 20У, 14Л или 14С. Допуски на размеры элементов швеллера: по высоте Я: при Я < 80 мм ±1,5 мм; при 81 < Я < 200 мм ±2,0 мм; по ширине В: при В < 40 мм ±1,5 мм; при 41 < В < 90 мм ±2,0 мм; по толщине полки г. при Г <10 мм ±0...—0,5 мм; при г >11 мм ±0...—1,0 мм; по толщине стенки 5: при 5 < 5,1 мм ±0,5 мм; при > 6,0 мм ±0,7 мм.
ГОСТом оговариваются перекос полок на длине 1 м, прогиб стенки (до 0,5—1,5 мм), общая кривизна и т. д. Длина выпускаемого проката — в пределах 2—12 м. Швеллеры изготовляют в основном из углеродистой стали обыкновенного качества и низколегированных сталей.
Швеллер производится на тех же станах, что и двутавровая балка, т. е. на последовательных, линейных и универсальных специализированных. Существует несколько способов прокатки швеллера на линейных и последовательных станах (рис. 14.33). В балочном способе (см. рис. 14.33, а) используется общность конфигурации балки и швеллера. Можно построить универсальную калибровку, в которой три-четыре черновые клети являются общими для прокатки балок и швеллеров (и других профилей), при этом сокращается парк валков, снижается число перевалок и время на настройку стана.
Рис. 14.32. Типы швеллеров по ГОСТ 8240—89: а — обыкновенные серии У и С; б— с параллельными гранями полок серии П; в — экономичные с параллельными гранями полок серии Э и Л
Рис. 14.33. Способы прокатки швеллера на линейных и последовательных станах:
а — балочный; б — с увеличенным уклоном полок (корытный метод); в — с развернутыми полками; г — со сгибанием прямых полок
Швеллерные калибры, в отличие от балочных, имеют разъемы только с одной стороны, поэтому закрытый фланец по ходу прокатки должен постепенно сокращаться. Наличие его, с одной стороны, требует дополнительного расхода энергии, связано с большой неравномерностью деформации по сечению и кажется бесполезным. С другой стороны, ложный (закрытый) фланец необходим, чтобы сохранить температуру металла более равномерной по сечению профиля. Особенно это важно для правильного выполнения угла швеллера в месте сочленения полки и стенки.
Для контроля ширины полок применяют контрольные калибры (см., например, рис. 14.33, я, калибр 6). Предпоследний калибр обязательно должен быть контрольным. По конструкции калибра видно, что путем изменения зазора между валками можно регулировать ширину полок. Контрольных калибров по ходу прокатки может быть два.
Балочный метод прокатки — самый старый и даже на старых линейных станах применяется редко. Основной недостаток связан с тем, что деформация полок осуществляется боковым обжатием и протекает неинтенсивно, поэтому требуется большое количество калибров. Чтобы увеличить обжатие полок, применяют прокатку с увеличенным выпуском (корытный метод — см. рис. 14.33, б). При этом стенка готового профиля (чистового калибра) может быть как изогнутой, так и прямой. В первом случае стенка и полки стыкуются под прямым углом, и на правильной машине после прокатки выправляется стенка профиля. На отечественных заводах такая калибровка наиболее распространена. Во втором случае правке подвергаются полки.
Еще интенсивнее деформируются полки по калибровке с развернутыми полками (см. рис. 14.33, в). При такой прокатке также сокращается расход энергии на формообразование, снижается неравномерность деформации и износ валков, обеспечивается более равномерная температура по сечению профиля. Однако, несмотря на очевидные преимущества данной калибровки, она не получила широкого распространения. Полоса в таких калибрах менее устойчива, условия захвата в калибрах затруднены, переход от развернутых к прямополочным калибрам требует сложной арматуры. Развернутые калибры занимают большое место на валках, поэтому не всегда размещаются на валках. При резком переходе от развернутых к прямополочным калибрам могут появиться морщины на полках профиля.
По калибровке профиля, в которой несколько первых закрытых калибров выполнены по полосовому принципу (см. рис. 14.33, г), обеспечивается самая высокая степень обжатия, хорошая равномерность деформации по сечению, невысокий врез ручьев в валки, малый износ калибров. При прокатке мелких швеллеров полосовые калибры применяют практически до предчистового контрольного калибра и разгибание производят только в чистовом калибре. С увеличением размеров профиля требуется несколько калибров с прямыми полками, в которых происходит более плавное разгибание полок. Однако на крупных швеллерах разгибание полок даже в нескольких калибрах протекает трудно. Требуется сложная и точно настраиваемая арматура, не исключены риски на полках от буртов валков, размеры профиля неустойчивы.
Таким образом, любая схема прокатки швеллера имеет свои преимущества и недостатки.
Многие проблемы по производству как обычных профилей, так и швеллеров серии П, Э и Л могут быть решены только с использованием универсальных калибров. Как указывалось, многие существующие станы последовательного и линейного типа оборудованы универсальной клетью. Непрерывный стан 450 Западно-Сибирского металлургического завода, а также УБС Нижнетагильского металлургического комбината имеют специальные универсальные клети. Прокатка швеллера в универсальной клети (рис. 14.34) принципиально не отличается от прокатки балки в таких калибрах.
Рис. 14.34. Прокатка швеллера в универсальном калибре
На полунепрерывных среднесортных станах 350 Днепродзержинского металлургического завода и ЧерМК разработана полосовая калибровка валков, которая отличается от рассмотренной ранее (см. рис. 14.33, г) тем, что выполнена в открытых калибрах. На рис. 14.35 приведена принципиальная схема калибровки, реализованная на ЧерМК для прокатки швеллеров № 5 и 10 с прямыми полками по ГОСТ 8240—97 с размерами, мм: № 5 — И = 50± 1,5;
Ь = 32± 1,5; /? = 4,6; 5 = 4,4 и № 10- И =
= 100+2,0; Ь = 46±2,0; г = 7,6; 5 = 4,5. Конечный профиль имеет изогнутую стенку, которая выправляется на правильной машине.
Для анализа калибровки полезно обратить внимание на то, что конфигурация калибров точно соответствует расположению клетей стана 350 (см. рис. 13.5). Видно также, что эта калибровка имеет тот же принцип построения, что и калибровка уголка на непрерывном стане 250 ЧерМК (см. рис. 14.16 и 14.17).
Рис. 14.35. Принципиальная схема калибровки швеллера № 5 и 10 на полунепрерывном стане 350 ЧерМК
После пропусков, осуществляемых на гладкой бочке, следуют открытые калибры полосового типа с распластанными полками. Эго позволяет вести прокатку в непрерывных группах клетей стана с небольшим натяжением. Для контроля ширины полок используются вертикальные клети стана. Успех всей схемы прокатки, как и при прокатке уголка, зависит от конструкции вертикальных контрольных калибров. Они должны надежно удерживать профиль и обеспечивать неравномерность обжатия полок для выравнивания их ширины.
