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

Характерной особенностью резки широкополочных двутавров на зарубежных станах является преимущественно поштучный раскрой металла на пилах горячей резки, позволяющий более точно рассчи­ тать величину температурной усадки каждой штанги по сравнению с пакетной или групповой резкой на пилах нескольких штанг одно­ временно.

Величина и скорость подачи диска пилы при резке широкополоч­ ных двутавров в среднем в 1,2—1,5 раза меньше, чем при резке на аналогичных пилах, сопоставимых по размерам сортовых профилей

2 — о д н о п о т о ч н а я г о р я ч а я р е з к а на д в у х п о с л е д о в а т е л ь н о р а с п о л о ж е н н ы х п и л а х ; 3 — д в у х -

т ы р е х п о т о ч н а я х о л о д н а я р е з к а на о д и н о ч н ы х п и л а х ; 3 — д в у х п о т о ч н а я х о л о д н а я р е з к а на о д и н о ч н ы х н о ж н и ц а х ; 4 — ч е т ы р е х п о т о ч н а я х о л о д н а я резк а на о д и н о ч н ы х н о ж н и ц а х или

д в у х п о т о ч н а я с п о с л е д о в а т е л ь н о й и х у с т а н о в к о й )

других типов. Уменьшение величины подачи диска пилы необходимо для устранения изгиба тонких и высоких фланцев двутавров в про­ цессе резания. Кроме этого, при уменьшенных величинах подачи диска уменьшается величина заусенца на торце штанги, что позво­ ляет устранить трудоемкую операцию зачистки торцов на складе готовой продукции при окончательной отделке проката. Облегчен­ ные режимы резания широкополочных двутавров на пилах позво­ ляют также значительно уменьшить величину изгиба концов штанг в процессе резания, а следовательно, устранить и последующую правку этих концов на малопроизводительных правильных прессах. Естественно, что при уменьшении величины подачи диска пилы не­ сколько увеличивается продолжительность резания и снижается про­ пускная способность участка резки широкополочных двутавров. Однако исключение трудоемких отделочных операций на складе готовой продукции в практике зарубежных предприятий является

254

более важным фактором по сравнению с некоторым уменьшением производительности участка резки. Компенсация увеличенных за­ трат времени в процессе резания достигается за счет автоматизации других операций раскроя металла на пилах, что позволяет сократить общую продолжительность цикла резки.

Режим резания на пилах горячей резки устанавливается в зави­ симости от размеров разрезаемого профиля. При раскрое колонных профилей с относительно толстыми полками и стенками величина по­ дачи пилы на 40—60% выше, чем при резке тонкостенных двутавров.

Для устранения косины реза при раскрое двутавров средней и большой высоты используют специальные устройства, фиксирующие разрезаемую штангу металла на пиловом рольганге в положении, перпендикулярном направлению движения диска пилы. Применение таких устройств особенно эффективно при поштучном раскрое про­ ката. Большое влияние на качество реза оказывает взаимное распо­ ложение разрезаемого профиля и диска пилы. Проводятся работы по созданию пил горячей резки с изменяемой траекторией движения диска в зависимости от размеров разрезаемого профиля широкопо­ лочного двутавра.

Высокое качество реза широкополочных двутавров на пилах горя­ чей резки во многом зависит также от качества используемых дисков. В связи с этим особое внимание уделяется тщательной рихтовке диска пилы, устранению радиальных и осевых биений при установке его на пиле. Широко применяются шлифованные диски из износостой­ ких марок стали с зубьями треугольной формы и типа «волчий зуб» Допустимая величина износа зуба и сроки замены диска пилы должны быть строго регламентированы.

Существенным недостатком пил горячей резки является значи­ тельный шум в процессе резания металла, эффективных средств борьбы с которым пока не найдено.

Несмотря на то что повысить точность раскроя широкополочных двутавров можно, проводя порезку металла в холодном состоянии, в основном раскрой проката на современных универсальных и ком­ бинированных балочных станах в настоящее время продолжают про­ водить на пилах горячей резки, производительность и стойкость дисков которых значительно выше, чем у пил холодной резки. Пилы холодной резки устанавливают на складах готовой продукции для дополнительного раскроя штанг проката на более короткие длины или получения штанг с уменьшенными допусками по длине. На этих пилах проводят раскрой штанг с допусками до ± 5 мм по длине. В зарубежной практике такая точность резки широкополочных дву­ тавров требуется весьма редко.

Для раскроя на мерные длины двутавров мелких и средних раз­ меров на современных балочных станах в ряде случаев применяют ножницы холодной резки. Схема резки двутавра на ножницах холод­ ной резки приведена на рис. 106. В процессе резки, которая про­ водится путем высечки металла, образуются отходы металла, которые необходимо удалять от ножниц. На базе этого метода в настоящее время в ряде стран разрабатываются ножницы холодной резки для

255

раскроя крупных двутавров. Особое внимание обращается на упро­ щение кинематики ножниц и ускорение смены ножей, которые вы­ полняются в виде заменяемого блока.

Точность раскроя двутавров на пилах и ножницах холодной резки выше, чем на пилах горячей резки, однако производительность их еще остается весьма низкой. Применяя двух- и четырехпоточные схемы раскроя готового проката в потоке современных универсаль­ ных балочных станов на пилах и ножницах холодной резки можно обеспечить необходимую производительность стана.

На рис. 105, б приведена зависимость средней длины штанги, отрезаемой на пилах и ножницах холодной резки от ритма прокатки.

Расчетные зависимости получены для случая прокатки раската

Правку широкополочных двутавров на действующих универ­ сальных и комбинированных балочных станах выполняют в потоке после раскроя металла на заказные длины и после полного охлажде­ ния его на холодильниках. Для правки широкополочных двутавров используют роликоправильные машины с горизонтальным распо­ ложением основных роликов, а также правильные прессы одноили двустороннего действия. Основное количество (до 90—95%) широко­ полочных двутавров, прокатываемых на универсальных и комбини­ рованных балочных станах, проходит правку в потоке на роликоправильных машинах, которые имеют значительно большую произ­ водительность и обеспечивают лучшее качество правки по сравне­ нию с правильными прессами. Технология правки широкополочных двутавров имеет ряд особенностей.

Важной технологической особенностью правки широкополочных двутавров, прокатанных на станах с универсальными клетями, яв­ ляется повышенная по сравнению с другими сортовыми профилями

256

прямолинейность штанг металла, поступающего в роликоправильную машину. Это объясняется особыми условиями процесса дефор­ мации металла в чистовом четырехвалковом калибре, симметрич­ ностью профиля, его высокой жесткостью даже в горячем состоянии, а также охлаждением двутавров при вертикальном положении стенки на холодильниках специальных типов. Незначительное искривление штанг металла после охлаждения на холодильниках существенно облегчает правку широкополочных двутавров.

Применяемые на действующих универсальных и комбинированных балочных станах роликоправильные машины рассчитаны в основном на правку широкополочных двутавров в плоскости наименьшей жесткости. В этой плоскости практически имеют место наибольшие волнообразные искривления штанг широкополочных двутавров, воз-

Р и с . 107. Схема правки ш и р о к о п о л о ч н о г о д в у т а в р а на в о с ь м и р о л и к о в о й п р а в и л ь н о й ма ­ ш и н е с в е р т и к а л ь н ы м и р о л и к а м и на в х о д е и в ы х о д е

никающие за счет провисания горячего металла между опорными элементами холодильников и рольгангов. В плоскости наибольшей жесткости двутаврового профиля штанги при нормальной работе оборудования практически не имеют волнообразных искривлений. Незначительная общая серповидность двутавра в плоскости наиболь­ шей жесткости устраняется при правке на роликоправильных маши­ нах за счет небольших смещений горизонтальных роликов в осевом направлении, а также путем взаимного смещения специальных верти­ кальных роликов, устанавливаемых на входе и выходе правильной машины. Местная кривизна штанг металла, возникающая в отдель­ ных случаях при неполадках в работе пил горячей резки, шлепперов, холодильников или другого оборудования стана, в роликоправиль­ ных машинах может быть устранена только в том случае, если длина искривленного участка больше шага роликов правильной машины. В противном случае этот дефект устраняется на правильных прессах, которые используют также для исправления концевой кривизны штанг.

Правку широкополочных двутавров так же, как и других сорто­ вых профилей, выполняют на роликоправильных машинах путем знакопеременного затухающего пластического изгиба металла. Пла­ стический изгиб широкополочного двутавра создается в роликоправильной машине за счет соответствующего прогиба металла в роли­ ках (рис. 107). Поскольку начальная кривизна широкополочного двутавра непостоянна по длине штанги и изменяется в зависимости от температуры металла, условий его охлаждения и ряда других

факторов, первые три ролика правильной машины обычно настраи­ вают с таким расчетом, чтобы обеспечить при выходе из них постоян­

При заданной постоянной величине прогиба штанги максималь­ ное усилие для пластического изгиба необходимо приложить в слу­ чае жесткого закрепления концов металла. В процессе правки в та­ ких условиях работают ролики 2, 8, 6 и 7 восьмироликовой машины (см. рис. 107). При свободном закреплении концов штанги и одина­ ковой величине прогиба усилие пластического изгиба двутавра в два раза меньше, чем при жестком закреплении концов. Максимальная

258

нагрузка при правке приходится на ролик 6, так как величина про­

Величина максимальной нагрузки ( Р т а х ) с учетом прогиба штанги и механических характеристик металла в общем виде для двутавро­ вого профиля определяется из выражения

рaEIxk

•'max — jji

Из приведенного выражения видно, что величина усилия, которое

пластического изгиба штанги, чем при правке обычных двутавров. Так как усилия правки прикладываются со стороны роликов к стенке двутавра, а его полки оказывают основное сопротивление пласти­ ческому изгибу штанги, то в местах сопряжения полок со стенкой в процессе правки возникают напряжения растяжения и среза. Оче­ видно, что передача усилий от роликов через стенку к полкам и пла­ стический изгиб штанги будут иметь место до тех пор, пока напря­ жения в местах сопряжения полок со стенкой не превысят критиче­ ских величин для материала двутавра. Величина этих напряжений при определенной нагрузке и деформации штанги зависит от площади металла в месте сопряжения полок со стенкой двутавра.

Из рис. 109 видно, что двутавры с широкими и параллельными полками имеют в местах сопряжения полок со стенкой меньшую площадь металла, чем двутавры обычных типов. Поэтому при правке широкополочных двутавров на роликоправильных машинах воз­ растет опасность разрыва металла.

Из приведенной выше зависимости следует, что величина усилия необходимого для пластического изгиба двутавра, зависит также от расстояния между роликами правильной машины. Чем меньше это расстояние, тем большее усилие необходимо для правки двутавра данного размера.

Поскольку усилие прилагается к стенке двутавра, вероятность разрыва металла в местах сопряжения стенки с полкой больше на правильных машинах с меньшим расстоянием между роликами. От расстояния между роликами зависят предельные размеры широко­ полочных двутавров, правка которых возможна на данной правиль­ ной машине без разрывов в зоне галтели.

Выполненные на одном из английских комбинированных станов исследования показали, что разрыв металла в месте сопряжения полки со стенкой происходит в результате избыточного радиального давления, возникающего при чрезмерном пластическом изгибе штанги. Осевые смещения горизонтальных роликов вызывают скру­ чивание двутавра при правке и практически не влияют на разрывы металла в местах галтелей. Смещения в горизонтальной плоскости выводных вертикальных роликов также не влияют на разрывы ме­ талла по галтелям.

На рис. ПО представлена экспериментальная зависимость между величиной прогиба штанги, вызывающей разрыв металла по галтели, и параметром Т\,ІІХ_Х, характеризующим размеры широкополоч­ ного двутавра. Прогиб определен для ролика 3 восьмироликовой

восьмироликовой машине увеличение прогиба штанги роликом / на 2,5 мм повышало нагрузку на 50%, увеличение прогиба штанги ро­ ликом 2 на 1,3 мм увеличивало нагрузку на 20%, а при увеличении прогиба штанги роликом 3 на 0,95 мм нагрузка возрастала на 11%.

Эти данные свидетельствуют о том, что даже небольшие измене­ ния в настройке роликов правильной машины могут привести к зна­ чительному увеличению усилий на изгибаемый профиль. В связи с этим в практике работы зарубежных станов точности и стабиль­ ности настройки роликоправильных машин при правке широкопо­ лочных двутавров уделяется много внимания. Для точной установки роликов применяют таблицы для настройки и специальные контроль­ ные приспособления индикаторного типа (рис. 111). В процессе про­ катки широкополочного двутавра одного размера из стали одной марки настройку роликов правильной машины не изменяют, а только тщательно контролируют с помощью термощупов температуру ме­ талла, поступающего с холодильников. При температуре металла выше 50—70° С правку прекращают до охлаждения штанг. Новей­ шие роликоправильные машины действующих универсальных и ком-

260

бинированных балочных станов оснащены электронной измеритель­ ной аппаратурой, позволяющей, например, контролировать давле­ ние металла на ролики при корректировке настройки машины, от­ клонениях в размерах двутавра, химического состава стали.

На некоторых зарубежных станах для правки широкополочных двутавров устанавливают в одном потоке две и даже три роликоправильные машины разных размеров. При работе одной из машин другую в это время тщательно настраивают на следующий профиль.

Возможности правки широкополочных двутавров значительно расширились после появления конструкций роликоправильных ма-

шин с изменяемым шагом роликов. На таких машинах в настоящее время освоена правка двутавров с полками шириной до 350 мм. Только особо крупные и тяжелые профили, в основном колонного типа, правят на прессах, так как даже при расстоянии между роли­ ками около 2000 мм пластический изгиб этих двутавров сопрово­ ждается разрывом металла в зоне галтелей. Часть широкополочных двутавров оказалось невозможным править на роликоправильных машинах из-за потери устойчивости и волнообразного выпучивания кромки полки при пластическом изгибе штанги.

Производительность прессов для правки широкополочных дву­ тавров в несколько раз меньше производительности роликоправильной машины, а качество правки хуже. Правка на прессах связана с многократными кантовками штанг в ограниченном пространстве, плохо поддается контролю и автоматизации. В связи с этим большин­ ство профилей широкополочных двутавров, отмеченных в стандартах зарубежных стран, разработано с учетом возможности правки их на высокопроизводительных роликоправильных машинах в основном потоке металла на стане.

261

Отделку широкополочных двутавров на действующих универ­ сальных балочных станах выполняют на складах готовой продукции вне основного потока металла, поступающего со стана.

Вследствие большого внимания к качеству исходных слитков и заготовки объем отделочных операций по удалению дефектов метал­ лургического происхождения на широкополочных двутаврах обычно невелик. Мелкие плены на кромках полок и следы выработки валков в зоне галтелей и на внутренних поверхностях полок удаляют вруч­ ную с помощью электрических наждачных машинок. Небольшие за­ усенцы на торцах штанг не удаляют, так как большинство зарубеж­ ных стандартов допускает поставку широкополочных двутавров с за­ усенцами. Маркируют двутавры краской вручную. Широко приме­ няются тонкие пластиковые бирки, прикрепляемые к готовому про­ кату специальным клеем.

Из дополнительных видов отделки широкополочных двутаров на некоторых зарубежных предприятиях в последнее время стали при­ менять антикоррозионные покрытия готового проката краской, рас­ считанные на период транспортировки и хранения металла сроком до одного года. Для нанесения таких покрытий на складах готовой продукции станов созданы специальные поточные линии, состоящие из камер для дробеметной очистки двутавра от окалины, покраски и сушки. Антикоррозионные покрытия служат также в качестве грунтов для последующей окончательной покраски металлокон­ струкций. Состав краски выбирают с таким расчетом, чтобы он не влиял на качество шва в сварных соединениях.

Контроль за качеством широкополочных двутавров осуществляют теми же средствами, которые применяются на крупносортных станах для контроля качества обычных двутавров.

Пробы для контроля размеров профиля вырезают на пилах горя­ чей резки. Обычно контролируют с помощью шаблонов, микрометров, штангенциркулей и индикаторных линеек до 12—14 размеров дву­ таврового профиля.

Особо крупные двутавры, прошедшие правку на роликоправильных машинах и предназначенные для ответственных целей, контро­ лируют на наличие трещин в зоне галтелей с помощью ультразвуко­ вых, рентгеновских или изотопных установок.

Контроль химического анализа стали и механические испытания широкополочных двутавров проводят обычными методами в соответ­ ствии с требованиями стандартов.

Так как температура конца прокатки полок всегда несколько выше, чем стенки, то величина предела текучести образцов, отобран­ ных из полок, также всегда больше величины предела текучести об­ разцов, вырезанных из стенки. При прокатке двутавров из высоко­ прочных сваривающихся сталей, по требованию заказчика, проводят специальный контроль величины предела текучести материала ука­ занных элементов профиля.

262

Г л а в а VI

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВ

ПРОИЗВОДСТВО ДВУТАВРОВ ИЗЛИТЫХ ЗАГОТОВОК

Эффективность прокатного производства значительно повышается при сочетании прокатного оборудования с агрегатами непрерывной разливки стали. Из технологического процесса производства про­ ката в этом случае исключают операции отливок и раздевания слит­ ков, нагрева и прокатки их на блюминге. При этом существенно со­ кращается расход металла на 1 m готового проката, повышается его

качество и снижается себестоимость производства. В СССР и во мно­ гих зарубежных странах в последние годы ведутся большие работы по использованию литой заготовки для прокатки сортовых профилей, в том числе двутавров, швеллеров, угловой стали.

Широкополочные двутавры из литых заготовок прямоугольного сечения получают на заводе с полным металлургическим циклом Этрурия-Норт в Сток-он-Тренте (Англия). На нем отсутствует блю­ минг, всю сталь для широкого сортамента сортовых профилей раз­ ливают на агрегатах непрерывной разливки. Прокатку широкополоч­ ных двутавров на этом заводе осуществляют на крупносортном ком­

263