книги из ГПНТБ / Грицук Н.Ф. Производство широкополочных двутавров

* В с к о б к а х п р и в е д е н а в е л и ч и н а з а з о р а м е ж д у в а л к а м и в с п о м о г а т е л ь н о й клети

и обычно точно известна. Основным условием совместной работы этих клетей без подпора и натяжения полосы между ними является ра­ венство секундных объемов металла в валках универсальной и вспо­ могательной клетей. Точная установка и согласование между собой скоростей вращения валков обеих работающих в разных режимах клетей возможны только в том случае, если, кроме отношения их диаметров и величины вытяжки металла, известны величины опере­ жения и отставания металла в каждом проходе. Эти данные могут быть определены лишь приблизительно, в связи с чем соотношение между скоростями вращения валков универсальной и вспомогатель-

Время, сек

ной клетей в практике работы зарубежных станов задается не слиш­ ком жестко и корректируется вручную в процессе прокатки по показаниям приборов.

Для успешной работы двуклетевой реверсивной группы особенно важно правильно выбрать режимы ускорений при разгоне и за­ медлении двигателей универсальной и вспомогательной клетей.

На рис. 96 приведены упрощенные графики скоростей вращения валков универсальной и вспомогательной клетей при работе по согласованному режиму. Практически применяют более сложные скоростные режимы совместной прокатки в этих клетях, дающих экономию времени в каждом проходе.

Передний конец полосы захватывается валками универсальной или вспомогательной клети и на скорости захвата транспортируется к следующей парной клети. После захвата переднего конца полосы валками следующей клети проводят синхронный разгон двигателей обеих клетей до установившейся скорости прокатки. Перед выбросом полосы из валков осуществляется синхронное торможение двигателей до скорости выброса, а затем остановка и реверсирование их.

Из приведенных графиков видно, что ускорения двигателей вспомогательной и универсальной клетей в периоды их разгона и торможения должны быть различны, чтобы в момент захвата и установившейся прокатки полосы было обеспечено согласование окружных скоростей валков.

245

Для обеспечения ритмичной работы пары реверсивных клетей необходимо соблюдение известного тройного условия, т. е. равенства времени работы нажимных устройств клетей, реверсирования рабо­

якоря. Высокая температура металла в последних проходах на за­ рубежных универсальных и комбинированных станах в большинстве случаев дает возможность получить минимальные толщины стенок и полок у прокатываемых двутавров, что в свою очередь дает наи­ большую экономию металла при их использовании.

Исследования, выполненные на ряде зарубежных заводов, пока­ зали, что в основном падение температуры металла по проходам при прокатке широкополочных двутавров на универсальных и комби­ нированных станах происходит так же, как при прокатке сопоста­ вимых по размерам двутавровых профилей на рельсобалочных и крупносортных станах обычных типов.

Применяемые в зарубежной практике методы бесконтактного измерения температуры металла в процессе его прокатки с помощью оптических и фотоэлектрических пирометров позволяют судить только о изменениях температуры поверхностного слоя полосы. Такие измерения показывают, что в первые три—пять проходов в обжимных и заготовочных клетях температура стенки двутавра несколько выше, чем полок. Это объясняется более интенсивной деформацией стенки в первых проходах, в процессе которой осво­ бождаются от окалины и вскрываются горячие внутренние слои металла. Температура фланцев в этот период падает быстрее, чем стенки. В последующих проходах скорость охлаждения стенки увеличивается, так как толщина ее уменьшается быстрее, чем тол­ щина фланцев. В черновую реверсивную универсальную клеть раскат обычно поступает с разностью температур фланцев и стенки порядка 30—60° С.

При прокатке в универсальных клетях температура фланцев во всех случаях сначала несколько повышается, причем максимум температуры наступает тем позднее, чем холоднее был металл перед первым проходом. Увеличение температуры фланцев в первых про­ ходах в универсальной клети объясняется несколько большей сте­ пенью их деформации по сравнению со стенкой, а также лучшим удалением с их поверхности окалины, образовавшейся во время передачи полосы от печи или заготовочной клети к универсальному стану. В конце прокатки температура стенки широкополочных двутавров на 60—180° С ниже температуры середины фланцев. Раз­ ность температур стенки и фланцев возрастает с увеличением раз­ меров профиля, что в основном объясняется большей разницей в толщинах этих элементов у крупных двутавров. На рис. 97 при­ ведены данные о распределении температуры металла по сечению широкополочного двутавра размером 600x300x17x12 мм, полу­ ченные путем непосредственного измерения нагрева поверхности

246

профиля после выхода его из чистовой клети одного из японских уни­

двутавра в процессе прокатки объясняется не только меньшей ее толщиной по сравнению с фланцами, то также наличием воды, ко­ торая скапливается на стенке профиля вследствие его корытообраз­ ной формы. Удаление воды с полосы при помощи перегретого пара или сжатого горячего воздуха позволяет повысить температуру стенки на 20—75° С, что эквива­

туры металла по стенке и фланцам профиля применяют принуди тельное охлаждение внешних поверхностей фланцев водо-воздушной смесью перед и за чистовым проходом, которую подают с помощью форсунок, устанавливаемых в специальных направляющих длиной 10—\Ъм вдоль рольганга чистовой клети. Иногда применяют спрейерное охлаждение полок. Сочетание такого охлаждения фланцев с устройствами для удаления воды со стенки позволяет снизить температуру фланцев в среднем на 40—60° С, а также уменьшить разность температур полок и стенки двутаврового профиля до 20— 40° С, что благоприятно сказывается на условиях его дальнейшего охлаждения на холодильниках стана. При одновременной прокатке металла на высоких скоростях во Есех клетях эти мероприятия

ОСОБЕННОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВ

Для двутавров с широкими и параллельными полками, прокаты­ ваемых на специализированных универсальных и комбинированных станах, характерно неравномерное распределение масс металла по

247

сечению профиля. За исключением некоторых колонных профилей величина отношения толщины полки к толщине стенки у широко­ полочных двутавров всегда больше единицы. Ширина полок у дву­ тавров балочных типов меньше высоты профиля.

Если учесть, что толстые полки двутавра охлаждаются медленнее, чем относительно более тонкая стенка, то даже в случае равномер­

после прокатки. Выше было отмечено, что несмотря на ряд специально

двутавровых профилей при охлаждении, применяемые на совре­ менных универсальных балочных станах.

При горизонтальном расположении двутавров на холодильнике стенки профиля охлаждаются более интенсивно, чем полки. Этому

интенсивная потеря тепла стенкой в окружающую среду, чем пол­ ками.

При вертикальном расположении двутавров на холодильнике интенсивность охлаждения стенки по сравнению с полками умень­ шается, так как происходит взаимный обогрев стенок соседних профилей за счет лучеиспускания.

На рис. 100 приведены кривые интенсивности охлаждения эле­ ментов широкополочного двутавра высотой 600 мм при горизон-

248

тальном и вертикальном его расположении на холодильнике. Ма­ ксимальная разность температур стенки и полок при горизонтальном положении двутавра на холодильнике имеет место в интервале тем­ ператур 350—650° С и может составлять 200—250° С. При верти­ кальном положении двутавра максимальная разность температур стенки и полок имеет место в начальный период охлаждения (60— 180° С), а затем она быстро уменьшается до 50—80° С.

Существенное влияние на характер изменения интенсивности охлаждения элементов двутавра оказывают геометрические размеры профиля, а также толщины его полок и стенки. При увеличении

уменьшает взаимный теплообмен между полками и передачу тепла от них к стенке, вследствие чего разность температур между этими элементами увеличивается. При увеличении ширины полки возра­ стает теплопередача к стенке от полок, что способствует уменьшению неравномерности охлаждения профиля по сечению.

Тепловое взаимодействие между элементами охлаждаемых широ­ кополочных двутавров и окружающей средой происходит путем лучеиспускания, теплопроводности и конвекции. До температур 400—450° С лучеиспускание играет основную роль в общем тепло­ обмене охлаждаемого двутавра со средой. За счет лучеиспускания в начальный период происходит подогрев стенки и замедление сни­ жения температуры профилем в целом. Опыт эксплуатации зару­ бежных универсальных балочных станов показывает, что время охлаждения широкополочных двутавров при вертикальном распо­ ложении их на холодильнике в 1,2—1,4 раза больше, чем при го­ ризонтальном. Следует заметить, что увеличение времени охлажде­ ния в данном случае не приводит к уменьшению производительности

249

Холодильника стана. При вертикальном положении двутавра увели­ чивается емкость холодильника, что в итоге дает увеличение его производительности в 1,1 —1,5 раза по сравнению с производитель­ ностью при охлаждении двутавров в горизонтальном положении.

Большое влияние на интенсивность охлаждения элементов дву­ тавра оказывает расстояние между профилями на холодильнике. В практике работы специализированных универсальных и комбини­ рованных балочных станов, оборудованных современными холо­ дильниками, широко применяется изменение шага укладки в за­ висимости от размеров охлаждаемых двутавров.

Двутавровые профили высотой до 350—450 мм, а также колонные профили с отношением tld, не превышающим 1,25—1,3, обычно укладывают на холодильники в горизонтальном положении с рас­ стоянием между полками 50—150 мм. Более крупные двутавры охлаждают в вертикальном положении. Расстояние между полками двутавров при вертикальном их расположении на холодильнике

отношения t/d к высота профиля, тем меньше расстояние между ними на холодильнике.

Холодильники современных универсальных и комбинированных балочных станов оборудованы кантователями для установки дву­ тавров в вертикальное положение после прокатки, а также специаль­ ным накопителем для сбора профилей в партию перед подачей их на холодильник. Поштучная передача двутавров на холодильник заметно увеличивает неравномерность распределения температуры по сечению профиля, так как каждый профиль находится в небла­ гоприятных условиях теплообмена крайнего профиля дольше, чем при передаче партией.

Для ускорения охлаждения полок и уменьшения общего времени пребывания металла на холодильниках в последней трети их длины на некоторых зарубежных станах устанавливают душирующие устройства.

Разность температур по сечению двутавра после прокатки и в процессе охлаждения является одним из основных факторов, определяющих величину остаточных напряжений и деформаций профиля. На рис. 102 приведена типовая диаграмма изменения напряжений в элементах двутаврового профиля при охлаждении

тавра уменьшается быстрее, чем полок, происходит более быстрая температурная усадка стенки. Этой усадке стенки препятствуют полки, температура которых уменьшается более медленно, чем стенки. В стенке возникают и увеличиваются продольные напряже­ ния растяжения, а в полках — сжатия. При достаточно больших величинах отношения tld в первый период охлаждения может на­ блюдаться пластическая деформация стенки, если напряжения рас­ тяжения в ней превысят предел текучести материала при данной температуре.

250

в стенке появляются и начинают увеличиваться напряжения сжа­

стенке происходит потеря ее устойчивости, в результате чего на профиле появляется характерный дефект в виде волны на стенке.

На рис. 103 приведена зависимость высоты волны стенки при различных величинах отношения t/d для серии широкополочных двутавров размером 600x300 мм.

В результате определения остаточных напряжений по сечению двутавра было показано, что максимальные продольные сжимающие напряжения наблюдаются в средней части стенки. На расстоянии примерно четверти высоты стенки от полки они уменьшаются в 2,5—

251

3,5 раза, а вместе сопряжения полок со стенкой переходят в растя­ гивающие продольные напряжения. На концах полок в некоторых случаях возникают продольные сжимающие напряжения. Установ­ лено, что величина продольных сжимающих напряжений в стенке профиля уменьшается, с уменьшением величины отношения tld и высоты двутавра. На рис. 104 приведены эпюры продольных оста­ точных напряжений в широкополочном двутавре размером 600 X X 300x17x12 мм при охлаждении его в горизонтальном и верти­ кальном положениях на одном из японских станов.

Наиболее эффективным средством предотвращения деформации стенки и уменьшения остаточных напряжений в широкополочных

РЕЗКА, ПРАВКА,ОТДЕЛКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВ

Отделочные операции на современных специализированных и комбинированных универсальных балочных станах обычно вклю­ чают правку, осмотр, удаление дефектов, резку на необходимые длины, пакетирование и отгрузку. Отделочное оборудование, при­ меняемое на зарубежных балочных станах, и его расположение во многих случаях зависят от принятой в данной стране системы от­ делки и отгрузки потребителям готовой продукции. В Японии, например, вследствие низкой стоимости рабочей силы широко при­ меняется выдача со стана двутавров в узком и оптимальном для прокатки диапазоне длин с последующим раскроем штанг металла на складах готовой продукции в соответствии с индивидуальными заказами потребителей. В США резку штанг необходимой длины осуществляют сразу на стане, так как переработка готовой продук­ ции на складах металлургических заводов значительно ее удоро­ жает.

и комбинированных балочных станов проводят в горячем состоянии непосредственно после прокатки с помощью дисковых пил салазкового или маятникового типов. Характерным для этих станов является применение пил с дисками больших диаметров (до 2500 мм), что необходимо для резки широкополочных двутавров больших размеров. Технология резки широкополочных двутавров на пилах горячей резки, принципиально не отличаясь от технологии резки других сортовых профилей, имеет ряд особенностей.

Широкополочные двутавры необходимо резать с большей точ­ ностью, чем большинство других сортовых профилей, прокатывае­ мых на крупносортных станах, так как полученные на. балочном стане штанги широкополочных двутавров широко используются

252

в металлоконструкциях без дополнительного раскроя по длине. Предусмотренная в зарубежных стандартах точность резки широко­

металлоконструкций, условия сборки которых требуют более точ­ ных размеров проката по длине. С другой стороны, обеспечение даже этой относительно невысокой точности резки широкополочных двутавров на многих действующих станах достигается с большим трудом из-за несовершенства применяемых пил, упоров, пиловых рольгангов, а также значительной, неравномерной и трудно контро­ лируемой усадки длинномерных штанг этих профилей при охлаж­ дении их после прорезки. В связи с этим в зарубежной практике производства широкополочных двутавров в последние годы много внимания уделяется проблеме повышения точности раскроя металла на пилах горячей резки.

Эффективным средством повышения точности раскроя является применение безупорной резки широкополочных двутавров в сочета­ нии с системами автоматической коррекции длины отрезаемых штанг в зависимости от температуры последних. С помощью этих систем при массовом производстве удается осуществить резку ши­ рокополочных двутавров с допуском ±10—15 мм по длине штанги. Безупорная резка металла позволяет также осуществить раскрой каждой прокатанной полосы одновременно на несколько штанг разной мерной длины, что обеспечивает минимальные отходы ме­ талла в обрезь и резкое уменьшение выхода немерных и нормальных длин. Оптимальный подбор длины штанг для безостаточного раскроя, исходя из имеющихся заказов, выполняется специальными электрон­ ными управляющими машинами, применение которых существенно

станов, ритм работы которых позволяет осуществлять индивидуаль­ ную резку каждого двутавра на необходимые длины. На рис. 105, а приведена зависимость минимальной длины штанги от величины цикла прокатки для случая раскроя металла на пилах горячей резки. Расчетные зависимости получены для случая прокатки раската дли­ ной около 75 м. Длина обрезаемых концов принята равной 1200 мм, продолжительность резки 5 сек (включая возврат пилы в исходное положение), разгона и торможения рольганга 2 сек, время, затра­ ченное на настройку отрезаемой длины, 2 сек. Из приведенной за­ висимости видно, что при раскрое на короткие длины продолжитель­ ность цикла прокатки должна быть увеличена. В этом случае при­ менение систем автоматической коррекции длины штанг в зависим мости от их температуры затруднительно.

Меньший цикл прокатки обычно наблюдается при производстве двутавров крупных размеров, длина раската которых после чистовой

253