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

получение которых другими способами невозможно или экономически нецелесообразно.

Наиболее распространенным способом изготовления двутавро­ вых профилей, кроме прокатки, в настоящее время является сварка. Этим способом в нашей стране и за рубежом производят двутавро­ вые профили различных размеров. Ряд профилей, получаемых свар­ кой, не могут быть изготовлены на прокатных станах существующих типов.

Современные способы производства сварных двутавров преду­ сматривают различные конфигурации элементов, из которых выпол­ няется двутавровый профиль, а также типы сварки, с помощью которых достигается соединение элементов профиля. Из^рис.19 видно,

что сварные двутавры могут быть выполнены из: трех листов или полос; двух низкотавровых профилей и листа; двух тавров с высо­ кой стенкой; двух тавров с высокой стенкой и листа; четырех угло­ вых профилей и листа.

Элементы двутавра могут соединяться между собой с помощью электродуговой, высокочастотной и контактно-стыковой сварки.

В зависимости от способа изготовления сварных двутавров про­ изводство их может быть организовано в потоке или индивидуально.

Индивидуальный способ.изготовления сварных двутавров является

Поточное производство сварных двутавров, которое резко повы­ шает технический уровень изготовления этих профилей, можно при­ менять для удовлетворения небольшой потребности в этом виде ме­ таллопродукции. В настоящее время поточное производство свар­ ных двутавров осуществляется по двум технологическим схемам; 1) с периодическим движением изготовляемых двутавров; 2) с непре­ рывным одновременным выполнением основных и транспортных операций.

Для производства двутавров из трех листов или из четырех угло­ вых профилей и листа с помощью дуговой электросварки наиболее

30

рациональной является технологическая схема с периодическим дви­ жением продукции в потоке.

Производство двутавров из двух низкотавровых профилей и листа, из двух тавров с высокой стенкой и из трех листов с помощью контактно-стыковой и высокочастотной сварки организуется по принципу непрерывного выполнения всех необходимых основных и транспортных операций.

Наиболее распространенным является способ изготовления дву­ тавров из трех листов с помощью дуговой электросварки под слоем

флюса. На поточных линиях по этому способу изготавливают свар­ ные двутавры высотой до 2100 мм с полками шириной до 560 мм.

Изготовление двутавров из трех листов требует выполнения четы­ рех угловых швов (рис. 19, с). При этом обычно происходит некоторое коробление элементов профиля.

Способ изготовления двутавров из трех листов был значительно усовершенствован фирмой АМФ—Термантул (США), которая раз­ работала высокопроизводительный процесс высокочастотной сварки сопротивлением этих профилей из полосовой рулонной стали. Ос­ новным агрегатом поточной линии является сварочный стан, который позволяет непрерывно сваривать двутавры высотой до 610 мм с пол­ ками шириной до 305 мм при вертикальном или горизонтальном по­ ложении стенки профиля толщиной от 2,4 до 12,7 мм. Подвод тока высокой частоты к профилю для нагрева кромок стенки в местах сварки осуществляется с помощью скользящих контактов, работа которых, однако, ненадежна и недолговечна. Сварное соединение элементов по этому способу расположено в наиболее напряженных зонах двутавра, работающего на изгиб, что является его существен­ ным недостатком.

31

Дальнейшее усовершенствование способа высокочастотной сварки двутавров было проведено в нашей стране. Разработанный в 1966 г. во ВНИИметмаш совместно с Институтом электросварки им. Е. О. Патона способ производства этих профилей предусматривает получе­ ние их на поточной линии из листа и двух низкотавровых профилей. В отличие от способа, предложенного фирмой АМФ—Термантул, нагрев кромок элементов профиля в местах сварки осуществляется с помощью высокочастотного индукционного нагрева, что повышает надежность процесса. Место сварки вынесено из зоны максимальных напряжений, возникающих при работе двутавровой балки на изгиб. Опытная установка для промышленных испытаний этого способа получения сварных двутавров рассчитана на получение профилей высотой до 500 мм с полками шириной до 300 мм.

Способы получения двутавров из двух тавров с высокой стенкой, а также из двух тавров с высокой стенкой и листа применяют весьма редко главным образом из-за большой сложности прокатки тавро­ вой стали необходимых размеров на станах существующих типов. В последнее время для изготовления двутавров указанным способом используют тавры, полученные продольной разрезкой широкопо­ лочных двутавров, прокатанных на универсальных балочных ста­ нах. Увеличение высоты сварных двутавров проводят одним из спо­

Способ получения двутавров из четырех угловых профилей и листа (рис. 19, д) в настоящее время применяется очень редко из-за неэкономичного расхода металла и большого количества сварных швов.

В отдельных случаях для получения специальных двутавров ис­ пользуют способы прессования, гидроэкструзии, вытягивания из расплава, строжки.

Таким образом, из всех известных в настоящее время способов получения двутавровых профилей для массового производства этого вида металлопродукции в мировой практике используются преиму­ щественно способы прокатки и сварки. Основными преимуществами этих способов являются большая производительность агрегатов, широкий сортамент и высокое качество готовой продукции.

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СТАНОВ ДЛЯ ПРОКАТКИ ШИРОКОПОЛОЧНЫХ ДВУТАВРОВ

Прокатка широкополочных двутавров всех типов в настоящее время проводится на станах двух основных типов: специализирован­ ных и комбинированных.

На специализированных универсальных балочных станах в ши­ роком сортаменте прокатывают только двутавровые профили. В за­ висимости от сортамента производимой продукции и условий строи­ тельства стана конструкция оборудования и его расположение на специализированных станах могут быть различными. За исключением

32

блюминга и заготовочной клети эти станы оборудованы только уни­ версальными клетями.

На комбинированных балочных станах наряду с широкополоч­ ными двутаврами всех типов прокатывают и другие сортовые про­ фили, например швеллеры, шпунты, угловую сталь. Эти станы могут иметь типичное для специализированных универсальных балочных станов расположение рабочих клетей, но отличаются от последних тем, что универсальные клети при прокатке сортовых профилей заменяют на обычные клети типа дуо, а отделочное оборудование при­ способлено для производства проката широкого сортамента. К числу комбинированных балочных станов относятся также крупносортные станы линейного типа, имеющие в своем составе, кроме клетей типа дуо или трио, и четырехвалковые универсальные клети для прокатки двутавров с широкими и параллельными полками.

До появления специализированных и комбинированных станов с универсальными четырехвалковыми клетями двутавровые профили всех видов прокатывали на крупносортных и рельсопрокатных ста­ нах обычных типов с рабочими клетями дуо или трио, расположен­ ными в линию.

Для прокатки мелких и средних двутавровых профилей на мно­ гих зарубежных заводах первоначально широко использовали ли­ нейные крупносортные станы, все клети которых имели валки при­ мерно одного диаметра. Длина бочки валков и количество клетей на станах такого типа определяли возможное число калибров и про­ ходов, а следовательно, и предельные размеры двутавра по высоте. Для увеличения размеров прокатываемых двутавров на некоторых заводах было увеличено количество клетей в линейной группе стана до четырех и даже до пяти. Однако практика показала, что таким путем значительно увеличить высоту прокатываемых двутавров не­ возможно. При увеличении числа клетей и проходов заметно снижа­ лась температура конца прокатки, что вызывало резкое повышение давления металла на валки в последних двутавровых калибрах. Фактором, ограничивающим размеры прокатываемых двутавров, в этом случае являлась прочность валков чистовых клетей. По этим причинам для прокатки мелких и средних двутавровых профилей было признано целесообразным применять трехклетевые станы.

Недостатком трехклетевых линейных крупносортных станов первой постройки являлась одинаковая и нерегулируемая скорость вращения валков в линейной группе клетей. При прокатке наиболее крупных для данного стана двутавров из заготовки прямоугольного сечения в первых проходах из-за высокой скорости вращения валков часто происходила пробуксовка полосы, для устранения которой не­ обходимо было или уменьшать обжатия и увеличивать количество проходов, или снижать скорость прокатки во всех клетях стана, что приводило к снижению производительности стана.

Отмеченные недостатки трехклетевых линейных станов с одина­ ковой нерегулируемой скоростью вращения валков существенно огра­ ничили предельные размеры прокатываемых на них двутавровых профилей. В США на станах такого типа прокатывали двутавры

высотой до 254 мм, а на аналогичных европейских станах с валками несколько больших диаметров — двутавры высотой до 300 мм. Про­ катка двутавров без уклонов внутренних поверхностей полок на ста­ нах этого типа не проводилась.

При модернизации трехклетевых линейных станов на них были установлены электродвигатели с регулируемой скоростью вращения, которые позволили улучшить захват металла в первых проходах и устранить пробуксовку полосы. Однако при этом несколько умень­ шилась производительность этих станов.

Значительное повышение производительности и расширение сор­ тамента трехклетевых линейных станов было достигнуто после установки на них отдельной обжимной дуо-реверсивной клети с валками увеличенного диаметра, оборудованной кантователями и манипуляторами. Появилась возможность увеличить количество проходов, а также проводить прокатку в обжимной клети с меньшими скоростями и с большими обжатиями, чем в линейной группе клетей. За счет этого высоту двутавров обычного типа, прокатываемых из блюмов прямоугольного сечения, на таких станах удалось уве­ личить до 380 мм, а в отдельных случаях — до 457 мм.

В дальнейшем на некоторых станах линейного типа чистовая клеть была снабжена отдельным электроприводом с регулируемой скоростью вращения. В таком виде трехклетевые линейные станы получили широкое распространение на многих зарубежных и оте­

многие из станов рассмотренного типа были реконструированы раз­ ными способами. Дополнительное оборудование клетей дуо или трио кассетами с вертикальными неприводными роликами, а также приме­ нение специальной валковой арматуры и приспособлений к роликоправильным машинам для прокатки двутавров с параллельными пол­ ками не обеспечили заметного расширения сортамента прокатывае­ мых на этих станах двутавров и улучшения их качества. Поэтому на большинстве действующих крупносортных и рельсобалочных ста­ нов с линейным расположением клетей для прокатки широкополоч­ ных двутавров были установлены дополнительные универсальные четырехвалковые клети, что позволило значительно расширить и качественно улучшить сортамент прокатываемых на них профилей.

На рис. 21 приведены некоторые характерные схемы размещения дополнительных универсальных клетей на крупносортных и рельсо­ балочных станах линейного типа.

При реконструкции действующих и строительстве новых специ­ альных комбинированных станов на зарубежных заводах стреми­ лись обособить группу универсальных клетей для того, чтобы при прокатке обычных профилей ее можно было отключить от линейной группы клетей для замены валков и для проведения ремонта. При прокатке широкополочных двутавров предусматривалось использова­ ние линейной группы клетей дуо или трио комбинированного стана для получения заготовок необходимого размера. Размещение клетей

34

комбинированного стана по схеме, приведенной на рис. 21, в, спо­ собствует повышению производительности стана.

Надополнительно оборудованных универсальными клетями линей­ ных и комбинированных станах была освоена прокатка двутавров высотой до 600 мм с параллельными полками шириной до 400 мм. Производство двутавров большей высоты на станах этого типа ока­ залось невозможным из-за ограниченной длины бочки валков клетей линейной группы, недостаточной их прочности и низкой темпера­ туры конца прокатки.

Наряду со станами линейного типа в США и некоторых других зарубежных странах для прокатки двутавров небольших размеров используются станы с последовательным расположением клетей дуо. В каждой нереверсивной клети таких станов проводится один про­ пуск металла. Скорость прокатки в первых клетях невысока, что позволяет применять большие обжатия. Постепенное увеличение скорости от клети к клети дает возможность повысить скорость вы­ хода полосы из чистовой клети, а следовательно, и производитель­ ность стана. Кроме этого, одновременно в клетях таких станов можно прокатывать до семи-восьми полос, что особенно важно для повыше­ ния производительности при производстве двутавров с небольшой массой единицы длины.

Станы с последовательным расположением клетей дуо имеют широкий сортамент выпускаемой продукции и в настоящее время являются основным типом среднесортно-крупносортного стана в СССР

и во многих зарубежных странах. Однако на станах этого типа нельзя получить двутавры крупных размеров. Для прокатки таких профилей необходимо увеличение количества клетей, диаметров валков, скорости прокатки и мощности двигателей главного привода, что повышает затраты на сооружение и эксплуатацию стана.

Принцип последовательного расположения рабочих клетей был широко использован при строительстве современных специализи­ рованных и комбинированных универсальных балочных станов, обо­ рудованных реверсивными рабочими клетями. При этом отсутствует поперечная передача металла шлепперами, что дает возможность повысить скорости прокатки. На рис. 22 приведены характерные схемы последовательного расположения рабочих клетей.

Выбор оптимального расстояния между клетями для станов та- • кого типа проводят с учетом трех основных факторов: одновременной реверсивной прокатки металла во всех клетях, длины раскатов и тем­ пературного режима прокатки.

Длина раската на современных станах обычно составляет 75— 100 м. Скорость вращения валков в черновых и промежуточных клетях при прокатке двутавров средних и мелких размеров увели­ чивают примерно пропорционально массе 1 м длины.

Первые универсальные балочные станы обычно имели две после­ довательно расположенные группы клетей — реверсивную, состоя­ щую из универсальной и вспомогательной клетей, и нереверсивную чистовую универсальную клеть. Заготовки в реверсивную группу поступали с блюминга или после промежуточного нагрева. В основ-

36

ном на таком стане прокатывают двутавры с широкими и параллель­ ными полками крупных размеров. Для получения продукции более высокого качества с заготовок, прокатанных на блюминге, удаляют дефекты, при этом в технологическую схему производства двутавров включают промежуточный подогрев металла в методических печах. Промежуточный нагрев заготовок позволил повысить температуру конца прокатки, что дало возможность получать на этих станах двутавры с более тонкими полками и стенками, чем на станах дру­ гих типов.

клеть)

При прокатке двутавров крупных размеров производительность станов с одной реверсивной группой обычно определяется произво­ дительностью нагревательной печи. Поэтому установка второй ре­ версивной группы на станах с таким сортаментом не дает заметного увеличения их производительности. Установка двух реверсивных групп универсальных и вспомогательных клетей (рис. 22, а) оправ­ дана на специализированных балочных станах только в том случае, если в сортаменте стана наряду с тяжелыми крупными двутаврами имеются средние и мелкие двутавры. На комбинированных балочных станах, в сортаменте которых имеется много сортовых профилей, применение двух реверсивных групп универсальных клетей более целесообразно, так как при замене их обычными реверсивными кле­ тями дуо появляется возможность с использованием установленного привода расширить сортамент выпускаемой продукции.

Если в сортаменте комбинированного балочного стана преобла­ дают сортовые профили, прокатываемые в клетях дуо, то может

37

быть применена схема расположения оборудования, приведенная на рис. 22, б. Первую клеть дуо при прокатке крупных двутавров ис­ пользуют для получения фасонной заготовки. При прокатке двутав­ ров средних и мелких размеров в этой клети можно осуществлять от трех до пяти проходов. Следует отметить, что из заготовок, которые получены в реверсивной клети дуо, в реверсивной универсальной клети за три—пять проходов обычно трудно получить фланцы необ­ ходимой толщины, что ограничивает использование такой схемы стана для производства экономичных двутавров с тонкими полками

истенкой.

Внекоторых случаях вторую реверсивную группу устанавливают дополнительно для увеличения выпускаемой продукции. В этом слу­ чае (рис. 22, в) чистовая клеть дуо, устанавливаемая вместо универ­ сальной клети на комбинированных балочных станах, должна быть

рассчитана на реверсивную прокатку. Расстояние между этой клетью и предчистовой реверсивной группой следует увеличить. При про­ катке сортовых профилей в этой клети проводят до трех проходов. Однако общий срок службы валков чистовой клети уменьшается, ухудшается качество готовой продукции, затрудняется расточка калибров и настройка клети.

При прокатке сортовых профилей установка второй реверсивной клети не увеличивает заметно производительности стана, но улучшает качество готового проката и общую стойкость валков. При прокатке двутавров средних и мелких размеров добавление второй реверсивной группы увеличивает производительность стана на 70—80% по сравне­ нию со станом, имеющим только одну реверсивную группу из универ­ сальной и вспомогательной клетей.

При реконструкции комбинированного универсального балочного

состоящая из универсальной и вспомогательной клетей. В этой группе при прокатке двутавров проводилось несколько проходов, включая чистовой, что позволило разгрузить черновую реверсив­ ную группу. Основная трудность заключалась в необходимости созда­ ния системы для автоматической установки валков чистовых клетей с высокой точностью, особенно в последнем проходе. Значительно снизилась стойкость валков чистовых клетей, износ которых увели­ чивается пропорционально количеству проходов в этих клетях.

В проекте реконструкции комбинированного балочного стана на заводе Хирохата в Японии предусмотрено добавление к реверсивной группе еще одной универсальной клети (рис. 22, г). В этом случае две универсальные и вспомогательная клети работают в реверсивном режиме в условиях непрерывной прокатки. Такое расположение кле­ тей позволяет уменьшить длину стана и исключить одну вспомога­ тельную клеть. Особенно эффективно применение такого расположе­ ния клетей для прокатки двутавров средних и мелких размеров, так как при этом сокращается продолжительность прокатки и сохра­ няется высокая температура металла. Производительность стана при такой схеме расположения клетей на 25—30% ниже, чем на станах

38

С двумя группами реверсивных клетей, но на 20—40% выше, чем на станах с одной реверсивной группой.

При таком варианте реконструкции при прокатке некоторых сор­ товых профилей могут возникнуть трудности по согласованию ско-

4

ростей вращения валков вспомогательной и универсальной клетей, работающих в реверсивном режиме. В то же время прокатку двутав­ ров мелких размеров на непрерывных станах уже можно считать

39