Схемы прокатки и методы калибровки швеллеров

По форме швеллер напоминает балку без двух фланцев с одной стороны стенки. Поэтому течение металла при прокатке швеллеров подчиняется в основном тем же закономерностям, что и при прокатке двутавровых балок. Однако отсутствие фланцев с одной стороны стенки и необходимость получения острых наружных углов профиля, а также большая высота фланцев по сравнению с балкой соответствующего номера обусловливают ряд существенных особенностей прокатки швеллеров.

Для получения острых наружных углов швеллера и предотвращения охлаждения металла в этих углах при прокатке в черновых и предчистовых калибрах преду­сматривают ложные фланцы 1 (рисунок 77), которые располагают над действительными фланцами 2. В процессе прокатки металл из ложных фланцев перетекает в стенку и действительные фланцы, что способствует выполнению углов по наружной кромке стенки и получению тонких и широких действительных фланцев.

Рисунок 77 – Виды калибров, применяемых при прокатке швеллеров:

а – швеллерный калибр с прямой полкой и шейкой (1 – закрытый ручей; 2 – открытый ручей; 3 – шейка); б – контрольный закрытый; в – контрольный полузакрытый; г – швеллерный с прямой полкой и изогнутой шейкой; д – развернутый швеллерный; е – универсальный чистовой.

Отмеченная выше общность профиля швеллера и двутавровой балки обусловила появление балочного способа прокатки швеллеров, который является наиболее старым. По этому способу для прокатки балок и швеллеров одинакового номера используют общие разрезные и черновые калибры (3 – 4 калибра). После получения в этих калибрах чернового двутаврового профиля прокатку ведут в швеллерных калибрах с прямыми полками и шейкой (рисунок 77, а) с выпуском 2 – 3% без чередования обработки фланцев. При этом высокие ложные фланцы подвергаются интенсивному обжатию, а для контроля высоты действительных фланцев используется один закрытый контрольный калибр. Преимуществом указанного способа прокатки швеллеров является сокращение парка валков и числа перевалок при переходе с прокатки балок на прокатку швеллеров и наоборот. Однако этот способ имеет ряд существенных недостатков: вследствие обжатия излишне высоких ложных фланцев получается большая неравномерность деформации металла, увеличивается расход электроэнергии и износ валков; из-за малых выпусков калибров увеличи­вается глубина переточки валков, ухудшаются условия, восстановления размеров калибров по ширине и сокращается срок службы валков. Поэтому балочный способ прокатки швеллеров в настоящее время почти не применяют.

Современные способы прокатки швеллеров, показаны схематично на рисунке 78. Развитие способов прокатки швеллеров шло по пути увеличения выпусков как в чер­новых, так и в чистовых калибрах. Это позволило полу­чать повышенные боковые обжатия фланцев и легко восстанавливать размеры калибров при переточке вал­ков с небольшим съемом металла по диаметру, т. е. уве­личивать срок службы валков. Кроме того, с увеличени­ем выпуска полок снижается расход энергии и износ валков при прокатке, а также повышается прочность валков благодаря меньшей глубине вреза ручьев в валки.

Рисунок 78 – Способы прокатки швеллеров

а – с увеличенным уклоном полок и прямой стенкой (корытный способ); б – с увеличенным уклоном полок и изогнутой стенкой; в – с применением универсального чистового калибра; г – с развернутыми полками и изогнутой стенкой; д – сгибанием прямых полок (1 – 7 номера калибров).

При прокатке по корытному способу (рисунок 78, а) применяют прямополочные швеллерные калибры с пря­мой шейкой и увеличенным выпуском до 10 – 15 %. В разрезном калибре глубину разрезного клина со сто­роны ложных фланцев делают меньше, чем со стороны действительных фланцев. Высоту полок контролируют обычно в двух полузакрытых контрольных калибрах: черновом (калибр 3) и предчистовом. У всех калибров, вплоть до предчистового, применяют выпуски 10 – 15 %, а в чистовом – 1,5 – 2,0%. При прокатке по этому спо­собу угол между стенкой и наружной гранью фланца в черновых и предчистовых калибрах составляет более 90° и уменьшается только в чистовом проходе за счет сгибания отогнутых полок. При этом возникают трудно­сти при входе раската в чистовой калибр, поскольку ши­рина его по отогнутым фланцам получается больше со­ответствующей ширины чистового калибра. Для устра­нения этого недостатка в предчистовых швеллерном и контрольном калибрах выпуск иногда уменьшают до 5 – 8 %. Таким образом, условия входа полосы в чисто­вой калибр с малым выпуском ограничивают дальней­шее увеличение выпусков черновых калибров. Другим недостатком корытного способа прокатки швеллеров является то, что малый выпуск чистового калибра со­кращает срок службы чистовых валков и делает прак­тически невозможной прокатку швеллеров с параллель­ными гранями полок.

Указанные недостатки устраняются благодаря при­менению калибров с прямыми полками и изогнутой стен­кой (рисунок 78, г). В таких калибрах выпуск увеличива­ют до 20 – 40 %, а угол между средней линией стенки и наружной гранью фланцев сохраняют равным 90°. Спо­соб прокатки швеллеров с увеличенным уклоном полок и изогнутой стенкой (рисунок 78, б) является в настоящее время наиболее распространенным как на линейных так и на непрерывных станах, потому что позволяет получать швеллеры как с уклоном внутренних граней полок, так и с параллельными гранями полок. При этом в черновых калибрах применяют выпуск до 40 %, а в предчистовом и чистовом калибрах— 10—15 %. Для получения окончательной формы швеллера прокатанный чистовой профиль с изогнутой стенкой правят на роликоправильной машине или на специальном доправочном устройстве. Готовый швеллер получают непосредственно на стане, применяя горячую гибку чистового профиля в универсальном швеллерном калибре (рисунок 78, в). При этом все чистовые размеры швеллера получают в преды­дущем калибре с изогнутой стенкой и выпуском 25 – 30 %. Такой способ прокатки швеллеров реализован на: полунепрерывном стане 600 Коммунарского металлурги­ческого завода и на непрерывном стане 450 Западно-Сибирского металлургического комбината. Известен также способ прокатки швеллеров с использованием универсальной клети для деформации профиля в чисто­вом проходе при такой же схеме калибровки, какая по­казана на рисунок 78, в. Однако при этом трудно обеспе­чить стабильное выполнение наружных углов швеллера,, так как в универсальном швеллерном калибре указан­ные углы не обрабатываются и находятся в разделе ка­либра (рисунок 78, е), что требует специальной подго­товки профиля в предыдущих калибрах. В зарубежной практике на современных полунепрерывных станах универсальные клети применяют перед прокаткой в предчистовом контрольном и чистовом швеллерном ка­либрах.

Развернутая калибровка швеллеров (рисунок 78, г) включает ряд кривополочных черновых калибров, а так­же предчистовой контрольной и чистовой калибры с прямыми полками (число прямополочных калибров в зависимости от номера швеллера может составлять от 2-х до 4-х). Этот способ прокатки швеллеров является дальнейшим развитием способа прокатки в калибрах с увеличенным выпуском и может быть применен как на линейных, так и на непрерывных станах.

У развернутых калибров выпуск прямолинейной ча­сти фланца (рисунок 78, д) составляет 55 – 100 %, а остальная часть полки выполняется радиусом Rф. Стен­ку калибра при прокатке швеллеров малых и средних размеров также выполняют криволинейной, а при про­катке крупных швеллеров средний участок ее делают прямолинейным.

Первые по ходу прокатки развернутые калибры по форме близки к полосовым, в последующих калибрах производится постепенное сгибание криволи­нейных фланцев. Прямополочные предчистовые калибры имеют выпуск 20 – 40 %, а чистовой калибр – 1 – 3 %. Черновые развернутые калибры обычно выполняют за­крытыми с чередованием раздела сверху и снизу, бла­годаря чему не требуется специального чернового конт­рольного калибра. Поэтому обычно применяют только один предчистовой контрольный калибр, а в некоторых случаях (например, по методу Д. И. Старченко) контроль высоты фланцев вообще не производят. Развернутая калибровка валков имеет целый ряд преимуществ: благодаря прямому обжатию фланцев в развернутых калибрах увеличивается интенсивность де­формации и сокращается число проходов; повышается температура конца прокатки и выравнивается темпера­тура по сечению раската; уменьшается износ валков вследствие небольшой разницы рабочих диаметров в калибре; снижается неравномерность деформации металла; сокращается расход энергии на прокатку; обеспечивается полная восстанавливаемость калибров при переточке валков и т. п. К недостаткам этого, способа следует отнести увеличение ширины калибров при раз­вороте полок (вследствие чего на бочке валков можно разместить меньшее число калибров), а также тяжелые условия входа полосы с развернутыми фланцами в прямополочный калибр, что вызывает необходимость при­менения сложных вводных проводок для задачи и удер­живания полосы в прямополочном калибре. Такие про­водки наряду с направлением полосы в калибр должны подгибать фланцы, вследствие чего быстро изнашивают­ся и расстраиваются. Условия самоцентрирования и устойчивости полосы в развернутых калибрах хуже, чем в прямополочных. Указанные недостатки несколько ограничивают применение способа прокатки швеллеров с развернутыми полками и изогнутой стенкой.

При прокатке швеллеров по способу сгибания (рисунок 78, д) в черновых проходах применяют калибры поло­сового типа, в которых дают интенсивное обжатие заго­товки с образованием специальных выступов в местах формирования наружных углов швеллера. В последую­щих проходах осуществляют постепенное сгибание полок при небольших обжатиях. Известны различные варианты реализации способа сгибания. Черновые полосовые калибры могут быть открытыми или закрытыми, воз­можно также применение валков с гладкой бочкой. Сги­бание профиля можно проводить при прямой и изогну­той стенке. Известны также случаи применения полосо­вых калибров во всех проходах, кроме предчистового и чистового, где осуществляют сгибание полок.

При прокатке по способу сгибания наиболее ярко выражены указанные выше преимущества развернутой калибровки. Здесь достигается наибольшая равномерность деформации по ширине профиля, обеспечивается минимально возможный врез калибров в валки и наи­меньшая разница рабочих диаметров в калибре, что позволяет уменьшить износ валков, сократить расход энергии при прокатке. Вместе с тем усиливаются и недо­статки развернутой калибровки: возрастает ширина калибров и соответственно увеличивается усилие про­катки, резко ухудшаются условия входа полосового профиля в калибр при сгибании полок, а также условия центрирования профиля в калибре. При этом иногда элементы задаваемой полосы не совпадают с соответст­вующими элементами калибра, что приводит к искаже­нию готового профиля и браку. Указанное обстоятельст­во требует специальной конструкции и тщательной на­стройки вводной проводковой арматуры. В силу отме­ченных недостатков способ сгибания не получил широ­кого применения на отечественных прокатных станах. Иногда этот способ применяют для прокатки швеллеров малых размеров на средне- и мелкосортных станах.

При прокатке по описанным выше способам приме­няют заготовку прямоугольного или фасонного сечения в зависимости от типа прокатного стана и номера про­катываемого швеллера.