Холодная прокатка металла. Тема: Холодная прокатка листов

Прокатка-способ обработки давлением, при котором металл деформируется путем обжатия его между двумя вращающимся валками (прокатного стана).

Прокатке подвергают до 80 – 90 % всей выплавляемой стали и до 50 – 60 % выплавляемого цветного металла. Широкое применение прокатки объясняется рядом преимуществ ее по сравнению с другими видами ОМД (прессованием, волочением), а также высокой производительностью и меньшей стоимостью изготовления изделий.

Различают три основных вида прокатки (рис.3.6):

1) Продольную прокатку.

Валки вращаются в этом способе в разные стороны. Это наиболее распространенный способ. Применяется для изготовления профильного и листового проката.

2) Поперечную прокатку.

Валки вращаются в одну сторону и придают вращение заготовке, которая формируется вдоль оси валков. Используется для изготовления круглых профилей.

3) Поперечно-винтовую. Валки располагаются под углом друг к другу, вращаясь в разные стороны. Заготовка получает вращательное и поступательное движение. Применяется для получения бесшовных труб и проката с периодическим профилем.

Рис.3.6. Основные способы прокатки: продольная (а), поперечная (б) и поперечно-винтовая (в).

Продукция (сортамент) прокатного производства .

Профиль прокатанного изделия – форма его поперечного сечения;

Cортамент – совокупность различных профилей разных размеров. Сортамент прокатываемых профилей делится на 4 основные группы:

1. Сортовой прокат: профили общего назначения (круглого, квадратного сечения, швеллеры, двутавры и т.п.) и профили специального назначения (рельсы, профили, применяемые в судостроении, строительстве и др. областях).

2. Листовой прокат: фольга (толщиной до 0,2 мм), тонколистовой (0,2…4 мм), толстолистовой (4…160 мм) броневые плиты (до 550 мм).

3. Трубы бесшовные и сварные (например, бесшовные стальные трубы имеют диаметр 30…650 мм, а сварные – диаметром 10…1420 мм).

4. Специальные виды проката: колеса; кольца; зубчатые колеса; периодические профили, у которых форма и площадь поперечного сечения периодически изменятся вдоль оси.

Характеристики деформации при прокатке. При прокатке металл подвергается деформации только на некотором участке, который по мере вращения валков и движения заготовки вперед как бы перемещается по прокатываемому металлу. Этот участок называется очагом деформации .

Дуга АВ – дуга захвата (дуга, по которой валок соприкасается с прокатываемым металлом). Центральный угол α , соответствующий дуге захвата – угол захвата.

Коэффициент вытяжки , где L – длина заготовки после прокатки; l – длина заготовки до прокатки.

Коэффициент обжатия , где H и h – высота заготовки до и после прокатки.

Коэффициент уширения , где B и b – ширина заготовки после прокатки и до прокатки соответственно.

Рис.3.7. Деформация заготовки между валками.

Так как при пластической деформации объём металла практически не изменяется, то можно записать l·H·b = L·h·B , здесь l·H·b – объём заготовки до деформации, L·h·B – объем заготовки после обработки давлением, а значит верным является следующее равенство: λ = β·μ , т. е. металл, обжатый по высоте, идет в вытяжку и уширение.

Условия захвата металла валками. Различают две ситуации: неустановившийся процесс прокатки, когда болванка только подводится к валкам, но не втянута между ними, и установившийся процесс – когда заготовка уже втянута в валки.

а) Неустановившийся процесс (рис.3.8). При соприкосновении заготовки с вращающимися валками последние будут оказывать на нее действие в виде сил N перпендикулярных поверхности валков в точках соприкосновения А, и сил трения Т , направленных по касательной к поверхности валков. Проекции сил N и Т на горизонтальное направление обозначенв соответственно N x и T x .

Введение.

1. Сортамент.

3. Понятия о калибровке валков.

5. Перспективы развития способа производства.

6. Технико-экономические показатели.

Литература.

Введение.

Холодная прокатка по сравнению с горячей имеет два больших преимущества: во-первых, она позволяет производить листы и полосы толщиной менее 0,8-1 мм, вплоть до нескольких микрон, что горячей прокаткой недостижимо; во-вторых, она обеспечивает получение продукции более высокого качества по всем показателям - точности размеров, отделке поверхности, физико-механическим свойствам. Эти преимущества холодной прокатки обусловили ее широкое использование как в черной, так и в цветной металлургии.

Вместе с тем необходимо отметить, что процессы холодной прокатки являются более энергоемкими, чем процессы горячей прокатку При холодной деформации металл упрочняется (наклепывается), в связи с этим для восстановления пластических свойств приходится проводить отжиг. Технология производства холоднокатаных листов включает большое число переделов, требует применения сложного и многообразного оборудования.

В настоящее время доля холоднокатаных листов в общей массе тонколистового проката составляет около 50 %. Производство холоднокатаных листов, полос и лент продолжает интенсивно развиваться. Основную массу (примерно 80%) холоднокатаных листов составляет низкоуглеродистая конструкционная сталь толщиной 0,5-2,5 мм, шириной до 2300 мм. Такую тонколистовую сталь широко используют в автомобилестроении, поэтому часто ее называют автолистом. Методом холодной прокатки производят почти всю жесть - продукцию, идущую в больших количествах для изготовления пищевой тары, в частности консервных банок. Материалом для жести также служит низкоуглеродистая сталь, но в большинстве случаев жесть выпускают с защитным покрытием, чаще всего - оловянным. Жесть прокатывают в виде полос толщиной 0,07-0,5 мм, шириной до 1300 мм. К числу распространенных видов холоднокатаной продукции также относятся: декапир (травленая и отожженная сталь, применяемая при производстве эмалированной посуды и других изделий с покрытиями), кровельный лист (часто выпускается оцинкованным), низколегированные конструкционные стали. Особо следует отметить две важные группы легированных сталей - коррозионностойкую (нержавеющую) и электротехническую (динамную и трансформаторную).

В цветной металлургии холодная прокатка применяется для получения тонких полос, листов и лент из алюминия и его сплавов, меди и ее сплавов, никеля, титана, цинка, свинца и многих других металлов. Наименьшую толщину имеет фольга. Например, алюминиевая фольга выпускается в виде полос минимальной толщиной 0,005мм, шириной до 1000-1500 мм. Разнообразие сортамента холоднокатаной листовой продукции обеспечивается применением прокатных станов различной конструкции, с очень разными техническими характеристиками и уровнями производительности.

1. Производство электротехнической листовой стали

Электротехническая сталь условно делится на динамную и трансформаторную. Само название этих сталей указывает на области их применения. Динамная сталь используется в основном для изготовления электромоторов (динамо-машин) и генераторов, трансформаторная - для изготовления трансформаторов и различных электромагнитных приборов. Электротехнические стали работают в условиях перемагничивания переменным током и должны иметь низкие ваттные (гистерезисные) потери и высокую магнитную индукцию.

Для обеспечения указанных физических свойств сталь должна содержать большое количество кремния и минимальное, как можно меньшее количество углерода и других примесей. Обычно содержание кремния находится в пределах: в динамной стали - 1-1,8%, в трансформаторной - 2,8-3,5 %. Кроме того, сталь должна иметь особую структуру - крупнозернистую и текстурованную. К числу стандартизованных марок электротехнической стали относятся: Э11, Э12, Э13, Э21, Э22, Э31, Э32, ЭЗЮ, Э320, ЭЗЗО и др.(Буквы и цифры мерках электротехнической стали обозначают; Э – электротехническая сталь; перввя цифра - степень легирования стали кремнием: вторая цифра - гаранторовавнные электрические и магнитные свойства; ноль (0) в конце марки означает, что сталь холоднокатаная текстурованная, два нуля (00) - малотекстурованная).

Электротехнические стали выпускаются в виде полос и листов толщиной 0,2-1,0 мм (чаще всего 0,35 и 0,5мм), шириной до 1000мм. Распространенные размеры листов в плане 750 х 1500 мм и 1000 х х 2000 мм. Исходной заготовкой служат горячекатаные полосы толщиной 2-4 мм, поступающие в рулонах с непрерывных станов или станов с печными моталками.

Сопротивление деформации и пластичность электротехнических сталей сильно зависят от процентного содержания кремния. Увеличение его количества в стали приводит к повышению сопротивления деформации и резкому падению пластичности. Поэтому холодная прокатка трансформаторной стали осуществляется значительно труднее, чем прокатка динамной.

2. Технологический процесс и оборудование стана.

Схема расположения оборудования.

Холодная прокатка трансформаторной стали на отечественных заводах осуществляется на одноклетевых реверсивных(рис.1), трехклетевых и пятиклетевом непрерывных и многовалковых станах.

Обязательным условием прокатки трансформаторной стали с большим обжатием является наличие мощного прокатного оборудования пятиклетевых непрерывных либо одноклетевых многовалковых станов и применение высокоэффективных технологических смазок. Сопоставление данных о силовых условиях деформации трансформаторной и малоуглеродистой сталей на одном и том же стане при относительно одинаковых условиях прокатки позволяет сделать вывод, что давления и расход энергии при прокатке трансформаторной стали на 10-15% больше, чем при прокатке малоуглеродистой стали. При увеличении содержания кремния в стали значительно повышается сопротивление металла деформации. Удельное давление металла на валки при холодной прокатке стали с содержанием 4% Si; в четыре раза, а с содержанием 3,5 Si в 2,5 раза больше, чем при прокатке стали 1% Si.

Принятые при холодной прокатке трансформаторной стали интенсивные обжатия в первом пропуске (35-45%) в результате значительной деформации обеспечивают нагрев полосы до 100-150° С, что благоприятно влияет на процесс прокатки рулона в последующих пропусках, так как нагрев полосы до такой температуры (в результате деформации) приводит к значительному снижению сопротивления деформации при прокатке.

Для обезжиривания полосы после холодной прокатки могут быть применены различные способы, в том числе электролитический, химический, ультразвуковой.

В настоящее время для обезжиривания рулонов химическим способом применяют растворы следующего состава, г/дм3:

Сода кальцинированная. . . . . . 50

Тринатрийфосфат.........20

Каустическая сода......... 5

Эмульгатор ОП-7 ......... 3

Решающее влияние на качество холоднокатаной трансформаторной стали оказывает термическая обработка - предварительный, промежуточный и окончательный высокотемпературный отжиги.

Изменения магнитных характеристик трансформаторной стали при термической обработке вызываются: а) изменением формы углерода (лучшие свойства получаются, когда углерод находится в виде графита); б) выгоранием углерода и дегазацией металла; в) увеличением размеров зерен; г) рекристаллизацией наклепанной стали (при которой происходит снятие внутренних напряжений, изменение величины зерен и их ориентация),

Промежуточный рекристаллизационный отжиг холоднокатаной трансформаторной стали необходим для снижения твердости ленты после первого передела холодной прокатки. Опыт работы показал, что такой отжиг трансформаторной стали в колпаковых печах с различной защитной атмосферой практически не влияет на снижение содержания углерода в стали.

Высокотемпературный отжиг холоднокатаной трансформаторной

стали проводится в колпаковых печах при 1100-1200° С в вакууме или в сухом водороде.

При высокотемпературном отжиге происходит укрупнение зерен феррита, коагуляция включений, изменение формы углерода и уменьшение количества вредных примесей в стали.

В последние годы для обезуглероживания и окончательного отпуска трансформаторной стали строили башенные и горизонтальные печи, характеризующиеся высокой производительностью, позволяющие проводить значительноеобезуглероживание металла.

Рис. 22. Протяжная печь для нормализации рулонов трансформаторной стали:

1, 2 - камеры нагрева и охлаждения соответственно.

В современном производстве подката из трансформаторной

стали предусматривается технологический передел слитков большой массы в слябы на блюмингах или слябингах либо получение слябов с установок непрерывной разливки стали с использованием стали, содержащей 2,9- 3,2% Si. При производстве катаных слябов слитки в колодцевые печи загружаются горячим всадом с температурой поверхности слитков при посадке 800-950° С. Продолжительность нагрева слитков в зависимости от температуры всада 7-10 ч, имея в виду, что не менее 75% общего времени должно расходоваться на томление слитков при температуре выдачи. Прокатанные слябы в потоке обжимных станов подвергаются зачистке на машинах огневой зачистки, после чего подвергаются термической обработке (отжигу) при температуре 750° С с загрузкой слябов в печь горячим всадом. Охлаждение садки после отжига должно быть замедленным со скоростью 40-50° С. Регламентированный режим нагрева и охлаждения слябов кремнистой стали исключает образование трещин из-за значительных термических напряжений.

При необходимости дополнительной зачистки поверхностных дефектов на слябах ее осуществляют на остывших слябах на адъюстаже.

Слябы перед прокаткой на широкополосном стане нагреваются в зависимости от химического состава трансформаторной стали до 1200-1400° С. Преимуществом использования полунепрерывных станов для прокатки рулонного подката является возможность

1 - роликовый затвор; 2 - бак для замачивания в воде

регулирования числа проходов и величины обжатия в зависимости от химического состава стали, температуры сляба и толщины рулонного подката. Перед чистовой группой клетей температура раската толщиной 18-25 мм должна быть в пределах 950-1050° С, температура конца прокатки не ниже 850° С и температура полосы при смотке на моталку не выше 600°С.

Толщина рулонного горячекатаного подката определяется режимом его прокатки на стане холодной прокатки и конструкцией стана. Обычно толщина подката равна 2,5 мм.

3. Материал и профилировка валков станов холодной прокатки.

Валки станов холодной прокатки испытывают воздействие очень высоких контактных давлений, которые, как правило, в несколько раз превышают величину предела текучести деформируемого металла при комнатной температуре. В связи с этим валки должны обладать соответствующей прочностью и твердостью. Второе, что необходимо учитывать, - это повышенные требования к качеству поверхности холоднокатаных листов. Чтобы удовлетворить их, валки должны иметь определенный микрорельеф поверхности; тем более недопустимы различные макроповреждения и дефекты.

Рабочие валки станов холодной прокатки изготавливают из высокоуглеродистых сталей, легированных хромом, ванадием, вольфрамом и другими элементами. Чаще всего применяют валки из сталей 9Х, 9ХФ, 9Х2, 9Х2В, 9Х2СФ, 9Х2МФ, 9Х2СВФ, 60Х2СМФ. После отливки и ковки валки подвергаются сложной термической обработке, на заключительной стадии - поверхностной закалке с отпуском. Твердость бочки рабочих валков обычно находится в пределах 90-102 HSD) (по Шору), твердость шеек 30-55 HSD.. Толщина закаленного поверхностного слоя валков должна быть не менее 3 % радиуса валков. Для рабочих валков большого диаметра (порядка 500-600 мм) рациональная толщина закаленного слоя составляет примерно 10-12 мм. В последние годы рабочие валки многовалковых станов, предназначенных для прокатки особо твердых и тонких лент, иногда изготавливают из твердых металлокерамических сплавов на основе карбида вольфрама (85-90 % карбида вольфрама и 10-15% кобальта). Методом горячего прессования и спекания удается получать цельные валки диаметром до 80 мм, длиной до 1500 мм. Твердость таких валков достигает 115-125 HSD.. Их износостойкость в 30-50 раз превышает стойкость валков из легированных сталей. Благодаря очень высокому модулю упругости, карбидвольфрамовые валки сплющиваются в очаге деформации в 3 раза меньше, чем стальные валки. Вместе с тем надо иметь в виду, что карбидвольфрамовые валки имеют большую стоимость и повышенную хрупкость. Последнее затрудняет их использование при ударной нагрузке и значительных прогибах.

Опорные валки бывают трех типов: цельнокованые, литые и составные (бандажированные). Наиболее распросгранены цельнокованые опорные валки. Их изготавливают из сталей 9Х, 9Х2, 9ХФ, 75ХМ, 65ХНМ. Для изготовления осей составных валков используют более простые, менее легированные марки сталей: 70, 55Х, 50ХГ, 45ХНВ, 45ХНМ. Бандажи по своему химическому составу соответствуют цельнокованым валкам. Твердость бочки опорных валков обычно составляет 60- 85HSD.

На практике установлено, что работоспособность новых валков, особенно рабочих, прошедших сложную термическую обработку, значительно повышается при вылеживании их в течение 5-6 месяцев; это способствует снятию внутренних напряжений в валках.

Важной операцией является подготовка поверхности валков к прокатке. Применяются рабочие валки со шлифованной, полированной и насеченной поверхностью. Шлифование валков до 7-9 класса чистоты поверхности является наиболее распространенной операцией; она выполняется на специальных вальцешлифовальных станках. Инструментом для обработки служат шлифовальные круги из карбида кремния, карбида бора, электрокорунда, синтетических алмазов и других материалов. При шлифовании сначала производится обдирка с целью удаления накопившихся поверхностных дефектов, а затем - чистовая обработка с профилированием бочки валка и доводкой поверхности до заданного класса чистоты. Съем поверхностного слоя за одну плановую перешлифовку (при отсутствии глубоких повреждений) для рабочих валков составляет примерно 0,05-0,1 мм на диаметр.

Полированные рабочие валки 10-12 класса чистоты поверхности применяются на многовалковых станах, в частности при прокатке нержавеющей стали, а также очень часто при прокатке некоторых видов цветных металлов, например фольги. Полирование осуществляется также на вальцешлифовальных станах с применением мелкозернистых корундовых кругов на бакелитовой связке с графитовым наполнителем, графитовых и войлочных кругов. На поверхность войлочных кругов наносится полировальная паста типа ГОИ.

Насеченные, шероховатые рабочие валки применяются в первой и последней клетях непрерывных станов: в первой клети - для улучшения условий захвата, в последней клети - с целью предотвращения сваривания витков рулонов или листов в пачках при отжиге. Насеченные валки применяются и в некоторых других случаях, когда необходимо получить шероховатую поверхность продукции. Операция насечки выполняется на специальных дробеструйных установках. Рабочим телом служит чугунная или стальная колотая дробь, иногда резаная стальная проволока (сечка).

В настоящее время для получения высококачественной, износостойкой поверхности валков с любой требующейся шероховатостью все более широко используется электроискровая и электроэрозионная обработка.

Под действием больших усилий, возникающих при холодной прокатке, валки претерпевают значительную упругую деформацию: они прогибаются и сплющиваются. Образующаяся в процессе прокатки тепловая выпуклость валков не компенсирует в полной мере их упругую деформацию. В связи с этим для получения листов и полос с минимальной, допустимой поперечной разнотолщинностью приходится применять выпуклую начальную (станочную) профилировку валков. При этом часто профилируется только верхний рабочий валок, а остальные три валка клети кварто (нижний рабочий и два опорных) шлифуются цилиндрическими.. Величина задаваемой выпуклости зависит, естественно, от типа стана, размера валков, свойств металла, толщины и ширины прокатываемых полос, режима обжатий и т.д. Чаще всего величина выпуклости (по разности диаметров) находится в пределах 0,05-0,5 мм.

На бочках опорных валков иногда делают краевые скосы длиной до 250 мм. с уменьшением диаметра до 3 мм. Это способствует более равномерному распределению давлений и износа вдоль бочек. Практика свидетельствует, что для нормальной эксплуатации станов холодной прокатки необходимо иметь минимум пять комплектов рабочих валков и три комплекта опорных.

4. Качество продукции и основные деффекты.

В зависимости от назначения холоднокатаной стали к ней предъявляют различные требования, в том числе требование соответствующей отделки ее поверхности. Эти требования-оговорены соответствующими стандартами и техническими условиями. Так, например, холоднокатаная сталь для автомобильных кузовов (ГОСТ 9045-59) поставляется только 1 и II групп отделки поверхности, тонколистовая качественная углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ 914-56) трех групп отделки поверхности, а тонколистовая легированная конструкционная сталь уже четырех групп отделки поверхности. При первой группе отделки поверхности, -высшей по качеству, на лицевой стороне листа поверхностные дефекты не допускаются. На поверхности листов II и III групп отделки допускаемые дефекты не должны превышать величину половины допуска, возможны только легкая рябизна, мелкие царапины, отпечатки и навары от валков. На листах IV группы допускаются примерно те же дефекты, что и на листах II и III групп, но уже в пределах допуска на толщину листа.

В ряде случаев характеристика поверхности листов устанавливается эталонами, согласованными между поставщиком и заказчиком.Высокое качество поверхности холоднокатаного металла во многом предопределяется состоянием поверхности подката.

Поэтому стандартом на подкат качественной углеродистой горячекатаной стали (ГОСТ 1530-42) предусмотрены две группы состояния поверхности стали: группа повышенной и группа нормальной отделки.Сортаментным стандартом на холоднокатаную листовую сталь (ГОСТ 3680-57) предусматривается поставка листов шириной 600-1400 мм, толщиной 0,2-3,9 мм. Длина листов 1200-3500 мм. Сортаментным стандартам (ГОСТ 8596-57) на сталь рулонную холоднокатаную предусматривается поставка ленты шириной от 200-2300 мм и толщиной 0,2-4 мм. Действующими стандартами оговорены допуски по толщине листа и разнотолщинности в зависимости от габаритов листа или ленты и условий поставки. В отдельных случаях техническими условиями оговорены и более жесткие допуски, чем в стандартах.

В зависимости от допускаемых отклонении по толщине листового проката установлены две группы точности: высокая точность (группа А) и повышенная точность (группа Б). В ряде стандартов оговариваются дополнительные требования к холоднокатаной стали исходя из ее назначения. По стандарту ГОСТ 1542-54 на тонколистовую легированную сталь лист поставляется в термообработанном состоянии, а с согласия потребителя без термообработки, но с гарантированными механическими свойствами в отожженном состоянии. В стандарт включены нормы по пределу прочности и относительному удлинению. Оговаривается также допускаемая коробоватость на 1 пог. м по длине и ширине листа и контроль на обезуглероживание.

Рядом стандартов и технических условий оговариваются требования к холоднокатаной стали, основанные на способности металла к вытяжке. Так, например, по ГОСТ 914-56 на тонколистовую качественную углеродистую конструкционную сталь по способности металла к вытяжке листы подразделяют на три группы: ВГ-весьма глубокой вытяжки, Г-глубокой вытяжки и Н-нормальной вытяжки.

Этим стандартом для соответствующей группы вытяжки предусматриваются требования к величине зерна, полосчатости микроструктуры, механическим свойствам и испытанию на выдавливание по Эриксену.ГОСТ 9045-59 на холоднокатаную сталь для автомобильных кузовов предусматривается поставка металла двух категорий вытяжки: ОСВ-для штамповки деталей с особо сложной вытяжкой и СВ - для штамповки деталей со сложной вытяжкой.

Виды дефектов холоднокатаных листов и полос очень многочисленны. Некоторые из них специфичны, т.е. относятся только к какому-либо конкретному виду продукции. Например, при производстве листов с покрытиями большое место в отбраковке занимают дефекты покрытий. Отдельные виды продукции имеют классификаторы дефектов, включающие 30-40 и более наименований. Ниже рассмотрены только самые типичные виды дефектов, причем многие из них свойственны как холоднокатаным, так и горячекатаным листам.

1. Несоблюдение точности размеров и формы листов и полос.

Поскольку холоднокатаные листы в основной массе значительно тоньше, чем горячекатаные, на первый план выходят такие дефекты, как поперечная и продольная разнотолщинность, волнистость, коробоватость. Предупреждение их достигается оптимальной профилировкой валков, применением противоизгиба, введением автоматического управления процессом прокатки.

2. Нарушение сплошности металла. Основной причиной возникновения дефектов такого рода (дыры, трещины, рваная кромка, плены, расслоения и др.) является плохое качество металла исходной горячекатаной заготовки. Вместе с тем некоторые дефекты типа нарушения сплошности могут возникать в результате неправильного осуществления процесса прокатки. При задаче в валки коробоватых полос, когда имеется тенденция к образованию продольной складки, в зоне деформации одна часть полосы смещается относительно другой части. На поверхности металла проступают светлые линии, расположенные под некоторым углом к направлению прокатки (рис. 41, а). Такой дефект называется порезом (или «елкой», если линии располагаются симметрично в продольном направлении). Причиной возникновения этого нередкого дефекта является неудачно подобранная профилировка валков, неравномерное распределение обжатия по ширине полосы.

3. Дефекты поверхности листов и полос относятся к числу наиболее распростаненых. Они вознвкахп на разных переделах. При травлении горячекатаных полос возможны недотрав и перетрав. В первом случае на поверхности полосы остаются темные полосы или пятна нестравленной окалины (рис. 41, б); во втором - поверхность металла получается грубо шероховатой, разъеденной кислотным раствором. Появление этих дефектов требует изменения режима травления. В процессе прокатки на поверхности полос иногда образуются углубления (надавы) или выступы (бугорки). Отпечатки в виде надавов разных форм и размеров обычно появляются вследствие наваривания частиц металла на поверхность валков. В этом случае необходима зачистка поверхности валков, например наждачной шкуркой или абразивным бруском. Бугорки образуются при наличии на поверхности валков вмятин или раковин (от выкрошивання). Валки с грубыми дефектами поверхности должны быть заменены.

Распространенным видом повреждения холоднокатаных листов и полос является вкатанная металлическая крошка (рис. 41, в). Дефект возникает в результате попадания кусочков металла на поверхность прокатываемой полосы. Часто кусочки металла отрываются с кромок полосы, когда на кромках имеются трещины или заусенцы.

При соприкосновении металла с острыми краями проводковой арматуры, при транспортировке и других операциях на поверхности полос образуются риски и царапины. Эти дефекты также могут возникать в результате относительного смещения витков полосы в рулоне при его намотке, размотке и перемещении. Некоторые виды поверхностных дефектов образуются при отжиге холоднокатаного металла. Так, при наличии на поверхности металла после прокатки значительных остатков технологической смазки (эмульсии) возможно появление при отжиге темных пятен и разводов, располагающихся в основном вблизи кромок полос или листов. Этот дефект часто называют пригаром эмульсии. Для его предотвращения следует избегать применения слишком концентрированных эмульсий и в максимальной степени удалять остатки смазки с поверхности полос после прокатки, что достигается сдуванием или другими метолами.

4. Отклонения по структуре и физико-механическим свойствам металла зависят главным образом от выполнения предписанных режимов термической обработки. Вместе с тем следует иметь в виду большое влияние режимов деформации, которые должны быть выбраны с учетом конечных свойств металла.

5. Направления и перспективы развития технологии и оборудования цехов холодной прокатки.

Холоднокатаный листовой прокат относится к категории высококачественной металлопродукции. Использование его в различных отраслях промышленности чрезвычайно эффективно. Это является стимулом интенсивного научно-технического прогресса в области производства холоднокатаных листов. Идет непрерывное совершенствование существующих технологий, предлагаются принципиально новые технические решения. Основные из них отмечены ниже.

1. Постоянно ведутся работы по замене трудоемкой и экологически вредной операции травления другими способами удаления окалины с поверхности горячекатаных полос-заготовок. Установка в составе травильных линий валковых окалиноломателей, работающих по принципу резкого перегиба и растяжения полосы, и дрессировочных клетей позволяет значительно сократить процедуру последующего травления. В последние годы развивается дробеструйный способ удаления окалины. Дробеструйные аппараты устанавливаются либо непосредственно в линиях травления, либо отдельно, в самостоятельных линиях. Обычно после дробеструйной обработки требуется лишь легкое травление; при этом расход кислоты сокращается примерно на 75 %.

2. В цехах с большим объемом производства будут сооружаться новые непрерывные станы, в основном 5-клетевые для прокатки полос толщиной не менее 0,3- 0,4 мм и б-клетевые для прокатки более тонких полос. Масса рулонов достигнет 50-60 т. Получат дальнейшее распространение станы бесконечной прокатки.

Максимальная скорость прокатки, по-видимому, не превысит 35-40 м/с, так как практика свидетельствует, что достижение таких скоростей вызывает трудности. На тех новых станах, на которых такие скорости запроектированы, фактически прокатка осуществляется на более низких скоростях, до 30-35 м/с.

При относительно небольших объемах производства холоднокатаных листов и полос, например из специальных сталей и многих цветных металов, будут широко использоваться одноклетевые реверсивные многовалковые станы, оборудованные мощными намоточно-натяжными барабанами (моталками). Максимальная скорость прокатки на этих станах будет находится на уровне 10-15 м/с. Интенсивно разрабатываются новые конструкции одноклетевых станов, рассчитанные на работу с повышенными обжатиями. К числу таких станов относятся рассмотренные выше станы типа MKW и Тейлора.

Рис. 51. Схема непрерывного стана, состоящего из четырех многовалковых клетей:

1 - разматыватель; 2 - 20-валковые рабочие клети; 3 - моталка

3. В связи с постоянным ужесточением требований по минимальной поперечной разнотолщинности листов, а также их полной планшетности, будут продолжаться работы по совершенствованию профилировок валков. Особого внимания заслуживает разработка способов мобильного воздействия на профиль прокатной щели и, соответственно, профиль листов в процессе прокатки. Будет расширяться применение установок противоизгиба валков. В последние годы предложены способы быстрого воздействия на профиль прокатной щели путем осевого смещения рабочих валков специальной, так называемой «бутылочной» формы или промежуточных валков на многовалковых станах. Форма «бутылочных» валков схематично показана на рис. 52, а. Очевидно, при осевом смещении «бутылочных» валков навстречу друг другу высота зазора в средней части бочек будет уменьшаться, т.е. будет достигнут эффект, аналогичный увеличению выпуклости валков. При осевом смещении промежуточных валков с односторонними краевыми скосами, как показано на рис. 52, б, также достигается изменение

Рис. 52. Способы изменения формы межвалкового зазора посредством осевого смещения валков:

а - вариант применения «бутылочных» рабочих валков; б - вариант смещения промежуточных валков; 1 - прокатываемая полоса; 2,3,4- соответственно рабочие, промежуточные и опорные валки.

4. Тенденция к постепенному уменьшению толщины прокатываемых листов вызывает необходимость применения более эффективных технологических смазок (эмульсий). Однако введение дополнительных количеств жировых компонентов в смазку приводит к повышенной зажиренности металла после прокатки, что нежелательно. Для устранения указанного противоречия современные смазочные системы на непрерывных станах должны предусматривать возможность раздельной подачи смазки по клетям, позволяя варьировать состав и концентрацию смазки. В этом случае на валки последней, чистовой клети подается низкоконцентрированная эмульсия или даже моющий раствор.

Современные смазочные системы также должны обеспечивать достаточное охлаждение и тщательную очистку эмульсии от металлических частиц и других загрязнений.

5. В термических отделениях будут широко применяться агрегаты

непрерывного отжига с вертикальными или горизонтальными протяжными печами.

Практика подтвердила большие преимущества этих агрегатов:

возможность достаточно простого регулирования температурно-скоростных параметров обработки, удобство механизации и автоматизации, высокую производительность.

б. Основные объекты современных цехов холодной прокатки, будучи агрегатами непрерывного действия и имея соизмеримую производительность, могут быть объединены в единые, совмещенные линии. Уже имеется положительный опыт включения дрессировочных станов в состав агрегатов непрерывного отжига. Проходит испытания вариант совмещения станов холодной прокатки с агрегатами непрерывного травления. Имеются сведения, что при создании совмещенных линий травления-прокатки капитальные затраты снижаются на 18 %.

7. Будет расширяться выпуск листовой продукции с защитными и декоративными металлическими и неметаллическими покрытиями. Это значительно повышает эффективность ее использования в народном хозяйстве.

8. Нормальное функционирование новых, высокопроизводительных цехов холодной прокатки невозможно без использования автоматических систем управления технологическим процессом (АСУ ТП). Применение АСУ дает положительные результаты на всех переделах, но особенно необходимо оно на основном технологическом агрегате - непрерывном или реверсивном прокатном стане, где в настоящее время автоматизированно выполняются многие операции: подача и уборка рулонов, задача полосы в клети, установка валков в рабочее положение, перевалка рабочих валков и др. Качество выпускаемой продукции в решающей степени зависит от работы автоматических систем, управляющих самим процессом прокатки. К их числу относятся:

1. Система автоматического регулирования толщины полосы (САРТ).

2. Система автоматического регулирования натяжения (САРН).

3. Система автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ).

4. Система автоматической подачи смазочно-охлаждающей жидкости (САПОЖ).

В задачу САРТ входит обеспечение постоянства толщины прокатываемых полос, исключение значительных колебаний по толщине. Работа этой системы осуществляется посредством воздействия на нажимные устройства, а также путем изменения межклетевых натяжений и скорости вращения валков. По некоторым данным, применение САРТ обеспечивает прокатку 99% длины полосы с отклонениями от заданной толщины не более 1-2 %.

САРН является как бы подсистемой САРТ; работа этих систем тесно взаимосвязана. Поддержание величины натяжений на заданном, оптимальном уровне особенно необходимо в переходных режимах прокатки, например при переходе с заправочной скорости на рабочую. САРПФ воздействует на профиль межвалкового зазора (прокатной щели). Одним из наиболее эффективных средств регулирования в этом случае является применение устройств для противоизгиба (или принудительного изгиба) валков.

САПОЖ обеспечивает подачу смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на валки и полосу в необходимом, регулируемом количестве. Подача СОЖ ведется раздельно по зонам, выделенным по длине бочки валков. В задачу САПОЖ входит стабилизация теплового состояния валков в процессе прокатки. Для выполнения этой функции вдоль бочки валков располагаются температурные датчики. Регулирование температуры валков осуществляется с точностью ± 5 °С. «Мозгом» автоматических систем управления являются ЭВМ, которые на современных быстроходных станах составляют мощные вычислительные комплексы. Затраты на автоматизацию станов холодной прокатки окупаются за 2-3 года, не считая тех выгод, которые получает потребитель благодаря применению листовой продукции более высокого качества.

6. Технико-экономические показатели производства холоднокатаных листов и полос.

Производительность станов холодной прокатки зависит от сортамента прокатываемых полос, скорости прокатки, массы рулонов и количества сварных швов в них, длительности простоев стана и других факторов. Большое влияние на производительность оказывает степень автоматизации станов.

Практически возможная часовая производительность определяется по общей формуле. Под величиной G в данном случае следует понимать массу рулона. Коэффициент использования стана Ки

составляет 0,85-0,90. Такт прокатки Т можно представить как сумму машинного времени Tм и времени пауз Тп. При определении машиного времени Тм необходимо учитывать изменение скорости на протяжении прокатки рулона. Как отмечалось ранее, на непрерывных станах скорость снижается в период заправки полосы и выдачи заднего конца, а также при прохождении сварных швов. Например, при прокатке на непрерывном стане двойных рулонов в соответствии с диаграммой (циклограммой) на рис. 182 машинное время будет Тм = Т1 + Т2 + Т3 + Т4+ Т5 + Т6 + Т7 + Т8. Время паузы Тп = Т9.

где åТм - сумма машинного времени во всех проходах; åТв - сумма времени вспомогательных операций; åТп - сумма времени пауз между проходами.

Ниже приведены практические данные по часовой производительности основных типов станов при холодной прокатке углеродистых конструкционных сталей и жести:

Тип стана Производительность, т/ч

Непрерывный, 4-или 5-клетевой....……………..........150-500

Бесконечной прокатки, 5-клетевой.........…………....250-800

Непрерывиый, 5- или 6-клетевой жестепрокатный..50-200

Одноклетевой реверсивный кварто.........…………....30-100

Большой разбег в значениях часовой производительности для станов одного и того же типа объясняется сильной зависимостью этого показателя от толщины и ширины прокатываемых полос. При прокатке специальных сталей и цветных металлов производительность значительно, часто в несколько раз, ниже, чем при прокатке углеродистых сталей. Например, при прокатке широкополосной коррозионностойкой (нержавеющей) стали на реверсивных многовалковых станах производительность составляет примерно 5-15 т/ч.

Фактическое число часов работы в году, необходимое для расчета годовой производительности, для большинства станов холодной прокатки находится в пределах 7000-75004; в отдельных случаях оно бывает меньше, порядка 6000-6500 ч.

Показатели расходе металла, других материалов и энергоносителей существенно зависят от вида продукции, типа прокатного стана и принятой технологии на всех переделах. При произволстве распространеникх видов холоднокатаных листов и полос расходные коэффициент металла Кр.м (от горячекатаной заготовки) составляет:

Вид продукции

Полосы и липы из углеродистой и визколегироваяной стали..1,06-1,11

Жесть белая электролитического лужении..........…………....... 1,08-1,13

Эпектротехническая сталь......................……………………....... До 1,37

Расход алектрознергии при прокатке углеродистой стали, жести и электротехнической стали соответственно составляет: 90-120, 250-400 и 400-550 кВт-ч/т. Эти данные включают затраты электроэнергии на термообработку и отделку металла.

Расход тепла на термообработку углеродистой стали составляет 0,96-1,1 МДж/т.

Расход кислоты на травление существевво зависит от вида применяемой кислоты.

При сернокислотном травлении на 1 т горячекатаных полос расходуется 10-15 кг H2SO4 (концентрацией 96%); при солянокислотном, с учетом регенерации - 2-3 кг НС1 (концентрацией 33 %). В этом проявляется одно из преимуществ солянокислотного травления.

Расход валков (рабочих) на 1т проката составляет: на непрерывных и реверсивных станах кварто 0,6-1,5 кг, на многовалковых станах 0,5- 0,6 кг, на дрессировочных ставах 0,1-0,2 кг. Расход опорных валков примерно в 1,5 раза ниже, чем рабочих.

Основную часть себестоимости холоднокатаных листов и полос, как и горячекатаных, составляет стоимость исходной заготовки. Расход по переделу в цехе холодной прокатки в большинстве случаев находятся в пределах10-20%себестоимости.

Литература:

1. А.П. Грудев, Л.Ф. Машкин, «Технология прокатного производства».

2. Н.И. Шефтель «Холодная прокатка листовой стали».

3. Н.И. Шефтель «Производство калиброванной и холоднокатанной стали».

4. Ф.Л. Панасенко «Холодная прокатка тонколистовой стали».

5. Я.Д. Васильев, М.М. Сафьян «Производство полосовой и листовой стали», К, Высшая школа, 1976.

6. М.М. Сафьян, В.Л. Мазур «Технология процессов прокатки и волочения».

Прокатка металлов является обычно последним этапом производства металлопродукции на металлургическом предприятии.

Прокатка стали представляет собой процесс деформации металла в результате его обжатия между двумя вращающимися валками. Для прокатки целью является получение металла определенной формы и размера. Прокатку используют при производстве полос, листов, ленты, сортового металла и т.д.. Прокатка является одним из способов обработки металлов давлением. Изделия, получаемые в результате прокаткистали называют прокатом.

Прокатку стали подразделяют на следующие виды:

• горячая, теплая и холодная прокатка (по температуре прокатки);
• поперечная, продольная, поперечно-винтовая прокатка (по расположению осей валков и полосы);
• свободная, несвободная прокатка (по наличию сил, прикладываемых к концам полосы).
• симметричная и несимметричная (по процессу воздействия валков на полосу).

Наиболее распространенна продольная прокатка. Она используется при производстве более 85 % всего мирового проката.

При прокатке металл, находящийся в зазоре между валками, деформируется. Эту область называют очагом деформации. Поверхности соприкосновения прокатываемого металла и валков называются контактными. Отношение размера полосы после деформации и до нее называют коэффициентом деформации.

Процесс прокатки металла в большей степени определяется внешним (контактным) трением. Условия трения при прокатке определяют качество поверхности металла, скоростные и силовые параметры процесса, износ валков, расход энергии. Для анализа внешнего трения используют понятие коэффициента трения.

Многочисленные исследования показывают, что при холодной прокатке на величину коэффициента трения влияют следующие основные факторы:

• шероховатость поверхности валков;
• состав и свойства технологической смазки;
• скорость прокатки;
• обжатие.

Менее существенное влияние в процессе прокатки , за исключением отдельных случаев, оказывают:

• шероховатость поверхности полосы;
• химический состав металла;
• контактное давление;
• температура прокатки.

Практика и теория прокатки показывают, что условия трения при прокатке стали являются оптимальными тогда, когда величина сил трения минимальна, но достаточна для надежного захвата полосы.

Для снижения коэффициента трения при прокатке листа предназначены технологические смазки. В качестве при прокатке металла используются растительные, животные или минеральные масла, синтетические смазки либо в чистом виде, либо в смеси с водой, или в качестве эмульсий. В смазки добавляют присадки для улучшения смазочных характеристик, противоизносные, повышающие стойкость к коррозии, и другие.

Во многих случаях функции технологической смазки совмещаются с охлаждающими функциями. При этом на металл и валки подаются вещества с высокой теплоемкостью. Такие вещества называются смазочно-охлаждающими жидкостями. Смазка также и является моющей средой, удаляющей с поверхности валков и металла продукты износы полосы и валков и различные загрязнения.

Общие положения

Прокатку металлов осуществляют преимущественно при высоких температурах, используя при этом снижение сопротивления деформации. Вместе с тем необходима прокатка и в холодном СОСТОЯНИИ, которая целесообразна при малой толщине прокатываемого продукта, когда из-за большого отношения поверхности к объему быстрое охлаждение металла не дает возможность обеспечить высокую температуру в деформационной зоне (прокатка тонких листов). Холодная прокатка придает изделиям высокие точность размеров и качество поверхности, что невозможно при горячей прокатке, а также особые физические, в частности магнитные свойства.

В последние годы производство холоднокатаного листа, жести и ленты все более увеличивается. Это связано с тем, что во многих отраслях народного хозяйства постоянно растет потребность в тонколистовой стали с высокими механическими свойствами, точными размерами, хорошим качеством поверхности. Холодная прокатка в сочетании с термической обработкой дает возможность изготовлять тонколистовую сталь, удовлетворяющую этим требованиям. В 1977 г. доля холоднокатаного листа

в общем объеме листопрокатного производства СССР, составляла примерно 19%; в дальнейшем эта доля будет неуклонно расти и к 1-990 г. предположительно достигнет 37%.

Современным способом холодной прокатки листовой стали является рулонный, при котором металл в виде длинных полос сматывается в рулоны большой массы. Для прокатки тонколистовой стали в рулонах применяются главным образом непрерывные станы, а при небольшом объеме производства одноклетевые реверсивные станы с четырехвалковой клетью и многовалковые? Рулонная прокатка на непрерывных и одноклетевых станах происходит с натяжением полосы. Значительно реже используют полистную холодную прокатку на одноклетевых реверсивных станах (без натяжения).

Совершенствование технологии холодной прокатки идет по пути повышения точности готовой продукции за счет: жесткости рабочих клетей; применения средств упругого противоизгиба прокатных валков; повышения качества валков и оснащения станов системами автоматического регулирования толщины листа в процессе прокатки.

Жесткость рабочих клетей определяется в основном упругой деформацией валков и станин. Увеличение диаметра рабочих и опорных валков снижает их износ, повышает точность проката за счет уменьшения прогиба и увеличивает теплоотдачу. Упругая деформация станины в вертикальном направлении на современных станах холодной прокатки составляет 0,3-0,5 мм; уменьшение этой деформации достигается увеличением сечения стоек и поперечин.

Сущность процесса прокатки металла. Очаг деформации и угол захвата при прокатке. Устройство и классификация прокатных станов. Прокатный валок и его элементы. Основы технологии прокатного производства. Технология производства отдельных видов проката.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

1 Сущность процесса прокатки

2 Устройство и классификация прокатных станов

2.1 Классификация станов по типу рабочих клетей

2.2 Классификация станов по назначению

3 Основы технологии прокатного производства

4 Технология производства отдельных видов проката

Заключение

Литература

Введение

Производство металла имеет большое значение для развития народного хозяйства и роста благосостояния людей. От успешного развития металлургии в значительной мере зависит обеспечение металлом машиностроения, машиностроительства, транспорта, сельского хозяйства и других областей народного хозяйства. Технологический процесс получения готового проката является завершающей стадией металлургического производства. Через прокатные цеха проходит почти вся сталь, выплавляемая в сталеплавильных цехах, поэтому наряду с увеличением производства проката существует проблема повышения эффективности прокатного производства и качества готового продукта. Особенностью развития прокатного производства является переход к непрерывным процессам прокатки. Это позволяет существенно увеличить производительность прокатных станов и качество их продукции. Обеспечение непрерывной схемы прокатки требует существенного повышения уровня автоматизации технологических процессов и обеспечения оптимальности управления.
Управление технологическим процессом, проблема выбора оптимальной технологии связаны с выбором критерия оценки качества. Задачу выбора таких критериев можно определить как задачу определения качества технологическогопроцесса.

Актуальность темы реферата состоит в том, что с увеличением производства проката существует проблема повышения эффективности прокатного производства и качества готового продукта. Таким образом, процесс прокатки является.

Целью данной работы является изучение и обобщение теоретической литературы по данной теме.

1 Сущность процесса прокатки

Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях (рис. 21.1). При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются. Разность между исходной h 0 . и конечной h 1 , толщинами полосы называют абсолютным обжатием:

Разность между конечной b 1 и исходной b 0 ширинами полосы называют абсолютным уширением

B = b t -- b 0 .

Величину деформации полосы при прокатке характеризуют следующие показатели (коэффициенты):

относительное обжатие -- отношение абсолютного обжатия к исходной толщине полосы;

е = ?h/h 0 , или е = (?h/h 0)100 %;

коэффициент обжатия -- отношение исходной толщины к конечной

коэффициент вытяжки -- отношение длины полосы после прокатки l 1 к исходной длине l 0:

Поскольку объем металла в процессе прокатки не изменяется, то

h 0 b 0 l 0 = h 1 b 1 l 1 , отсюда

м = l 1 / l 0 = h 0 b 0 / h 1 b t = F 0 / F 1

Таким образом, длина полосы при прокатке увеличивается пропорционально уменьшению ее поперечного сечения. Коэффициенты обжатия, вытяжки и уширения характеризуют высотную, продольную и поперечную деформацию металла.

Металл соприкасается с каждым из валков по дуге АВ (рис. 1.), которую называют дугой захвата. Угол а, соответствующий этой дуге, называют углом захвата.

Рис.1. Схема прокатки металла

Объем металла, ограниченный дугами захвата АВ, боковыми гранями полосы и плоскостями входа АА металла в валки и выхода ВВ металла из них, называют очагом деформации металла. Длина этого очага

Угол захвата определяют по формуле

Рис. 21.2. Очаг деформации и угол захвата при прокатке

Эта формула выражает зависимость между углом захвата а, обжатием Ah и диаметром валков D.

Процесс прокатки металла обеспечивается трением, возникающим по контактным поверхностям валков с прокатываемой полосой. В момент захвата со стороны каждого валка на металл действуют две силы (рис. 21.3): нормальная (радиальная) сила N и касательная (тангенциальная) сила Т. Из механики известно, что при относительном движении двух тел сила трения равна нормальной силе, умноженной на коэффициент трения

Отношение силы трения к нормальной силе равно тангенсу угла трения в

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы соблюдалось условие: f>tga, tg в >tga, в >a.

Максимально допустимый угол захвата при прокатке зависит от материала валков и прокатываемой полосы, состояния их поверхности, температуры и скорости прокатки. Обычно при прокатке блюмов и крупных заготовок максимальный угол захвата составляет 24.. .32°, при горячей прокатке листов и полос-- 15. ..20°, при холодной прокатке листов и лент со смазкой--2. ..10°.

При расчете на прочность валков и других деталей рабочей клети прокатного стана и при определении мощности двигателя стана необходимо знать усилие прокатки, которое определяют по формуле

Где pc P -- среднее давление прокатки; F -- горизонтальная проекция контактной площади металла с валком.

При прокатке простых профилей (листов, полос и заготовок прямоугольного и квадратного сечений) контактная площадь определяется произведением средней ширины полосы в очаге деформации на длину очага деформации. При прокатке сложных профилей (уголков, швеллеров, балок, рельсов и т. п.) контактную площадь определяют графически или по приближенным формулам. Среднее давление прокатки рассчитывают по формулам или находят опытным путем.

2 Устройство и классификация прокатных станов

Главная линия прокатного стана состоит из следующих основных узлов: рабочей клети 1, шпинделей 2, шестеренной клети 3, коренной муфты 4, редуктора 5, моторной стеренной клети 3, коренной муфты 4, редуктора 5, моторной муфты 6, электродвигателя 7. В рабочей клети осуществляется прокатка металла. Она состоит (рис.21.5) из двух станин 1, предназначенных для установки в них валков 2 и для восприятия усилия прокатки, передаваемого через опоры шеек. Станины в верхней части соединяются траверсой 3. Прокатные валки 2 укреплены в подушках с подшипниками качения 5. Механизм 4 для установки верхнего валка расположен в верхней части станин.

Прокатные валки обжимают металл и придают ему требуемую форму. Прокатный валок (рис. 21.6) состоит из бочки 3 (гладкой или с ручьями 4), шеек 2, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипник валка, трефов 1, предназначенных для соединения валка со шпинделем. Валки изготовляют из чугуна и стали. Мягкие чугунные валки применяют при черновой горячей прокатке стали. На блюмингах, слябингах, обжимных клетях сортовых станов и на станах холодной прокатки листов применяют литые или кованые стальные валки. Кованые валки несколько прочнее литых, но дороже в 1,5. ..2 раза, поэтому их применяют реже. Для листовых станов применяют валки из легированной стали (хромоникелевой и хромомолибденовой).

Рис. 21.6. Прокатный валок и его элементы

Для прокатных станов применяют двигатели постоянно или переменного тока (асинхронные и синхронные). Так как частота вращения быстроходных двигателей обычно не соответствует частоте вращения валков в прокатных клетях, между двигателями и клетями устанавливают редукторы. В прокатим клетях вращающий момент двигателя необходимо распредели между несколькими валками. Для этого применяют шестеренные клети. Крутящий момент от двигателя к валкам передается при помощи шпинделей и муфт.

2.1 Классификация станов по типу рабочих клетей

В зависимости от числа и расположения валков в клети стан разделяют на двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые многовалковые, универсальные.

Станы двухвалковые имеют рабочие клети (рис. 21.7, а) с двумя валками с постоянным направлением вращения. Полоса между валками проходит один раз. Реверсивные двухвалковые станы имеют переменное направление вращения валков для прохождения металла между валками несколько раз (блюминги, слябинги).

Станы трехвалковые имеют в рабочей клети три прокатных палка с постоянным направлением вращения, расположенных и одной вертикальной плоскости (рис. 21.7,6). Для задачи прокатываемой полосы между верхним и средним валками служат подъемно-качающиеся столы, установленные с одной или обеих сторон клети. К этому типу станов относят сортовые линейные станы.

Станы четырехвалковые (рис 21.7 в) имеют в рабочей клети четыре валка в одной вертикальной плоскости. Два валка меньшего диаметра являются рабочими, два валка большего диаметра являются -опорными. Эти станы применяют при горячей и холодной прокатке листовой и полосовой стали.

Многовалковые станы (шести-, двенадцати- и двадцативалковые) (рис 21.7 г) широко применяют в последние годы. Благодаря малому диаметру валков (10…30 мм) и большой жесткости рабочей клети позволяют катать тончайшую ленту. Рабочие валки этих станов бесприводные, они опираются на ряд приводных валков, которые в свою очередь опираются на ряд опорных валков. Такая схема обеспечивает практически полное отсутствие прогиба рабочих валков.

Универсальные станы (рис. 21.7,5) применяют при прокатке широкополосовой стали, листов и слябов. Металл в универсальных станах обжимается горизонтальными и вертикальными валками; последние обеспечивают получение ровных и гладких кромок проката. Универсальные балочные станы применяют при прокатке балок высотой до 1000 мм (рис. 21.7, е). Вертикальные валки рабочих клетей этих станов являются неприводными и располагаются между опорами подшипников горизонтальных валков в одной плоскости с ними.

2.2 Классификация станов по назначению

Станы разделяют на обжимные, заготовочные, сортовые, полосовые, листовые, трубопрокатные и станы специального назначения.

К обжимным станам относят блюминги и слябинги -- крупные станы с валками диаметром 800. ..1500 мм для прокатки слитков массой 3. . .28 т и более в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы). Эти заготовки являются исходным мате риалом для заготовочных крупносортных и листовых станов.

Заготовочные станы имеют валки диаметром 450.. .850 м На этих станах прокатывают блюмы в заготовки меньших размеров (60x60.. .150Х150 мм) для получения затем сортовой стали и проволоки. Наиболее совершенными станами являются непрерывные заготовочные станы, устанавливаемы непосредственно за блюмингами, и станы радиально-сдвиговой деформации. Применяют также заготовочные станы линейного типа.

Сортовые станы в зависимости от размеров сортовой стал и назначения изделий разделяют на рельсобалочные с валкам диаметром 750.. .900 мм для прокатки железнодорожных рель сов, балок, швеллеров и других крупных профилей; крупно сортные с валками диаметром 500.. .750 мм; среднесортные с валками диаметром 350.. .450 мм; мелкосортные с валкам диаметром 250.. .325 мм и проволочные с диаметром валко 150. ..250 мм.

Расположение рабочих клетей сортовых станов может быт различным. В сортовом стане линейного типа все клети расположены в одну или несколько линий. Существенным недостатком этих станов является одинаковая частота вращения вал ков во всех клетях данной линии, вследствие этого на ни нельзя прокатывать металл со скоростью, возрастающей по мере увеличения длины прокатываемой полосы.

Весьма совершенны непрерывные сортовые станы. Рабочие клети в этих станах располагаются последовательно одна за другой. Полоса одновременно прокатывается во всех ил нескольких клетях. Скорость прокатки полосы по мере уменьшения ее сечения увеличивается. На непрерывных станах можно достичь очень высокой производительности при полном исключении ручного труда. Благодаря автоматизации на этих станах можно применять скорость прокатки 60. ..80 м/с и более. В современных непрерывных сортовых станах каждая рабочая клеть имеет индивидуальный привод, что позволяет устанавливать скорость прокатки для каждой клети. У этих станов имеются клети с вертикальными валками, что исключает кантовку полосы в кантующих проводках.

Полосовые станы с диаметром валков около 300 мм являются непрерывными, они предназначены для прокатки лент, полос и штрипсовых заготовок для сварных труб.

Проволочные станы прокатывают проволоку (катанку) толщиной 5.. .10 мм. Современные проволочные станы строят непрерывными с блоками чистовых клетей.

Листовые станы для горячей прокатки листовой стали толщиной 1,2. ..60 мм и более имеют бочки валков длиной 800... 5000 мм. Толстолистовую сталь шириной 1000. ..2500 мм прокатывают на непрерывных и полунепрерывных широкополосных станах.

Листовые станы для холодной прокатки листов толщиной 0,05. ..4 мм имеют бочки валков длиной 700.. .2800 мм. При холодной прокатке тонкой ленты из стали различных марок и цветных металлов широко применяют четырех-, двенадцати- и двадцативалковые станы, а также четырех- и пятиклетьевые непрерывные четырехвалковые станы (рис. 21.8).

Трубопрокатные станы предназначены для производства бесшовных стальных труб. Процесс прокатки бесшовных труб

состоит из двух операций: получения из слитка или заготовки толстостенной гильзы и последующей раскатки этой гильзы в трубу заданного диаметра. Для производства сварных труб наибольшее применение получили непрерывные станы, на которых стальные трубы изготовляют электросваркой.

К станам специального назначения относят бандаже-, колесопрокатные, шаропрокатные, детали прокатные и др.

3 Основы технологии прокатного производства

Сортамент проката

Прокат можно разделить на пять основных групп: 1) заготовки всех видов, 2) сортовая сталь, 3) листовая сталь, 4) специальные виды проката, 5) трубы.

Заготовки всех видов или полупродукт включают блюмы, слябы, заготовки передельные, осевые, трубные, кузнечные и другие. Они являются исходным материалом для последующей прокатки сортовых, листовых профилей, специальных видов проката и бесшовных труб.

Сортовую сталь (рис. 22.1), в свою очередь, можно разделить на профили массового потребления и профили специального назначения. К первой группе профилей относят круглую квадратную, .шестигранную, полосовую и угловую сталь, проволоку, швеллеры, двутавровые балки и др. Ко второй группе рельсы, профили особой формы, применяемые в строительств (шпунтовые сваи и др.), машиностроении (автообод, кольцо автообода, опорная планка направляющего ножа трактора др.) и других отраслях народного хозяйства.

Листовая сталь в зависимости от толщины листов разделяется на две основные группы: толстолистовую -- толщина 4. ..160 мм, тонколистовую -- толщиной 1,2. ..4 мм.

К специальным видам проката относят бандажи, шар цельнокатаные колеса и периодические профили (переменно поперечное сечение по длине полосы).

Стальные трубы разделяют на бесшовные и сварные. Доля стальных труб в общем выпуске проката с каждым годом увеличивается, особенно быстро растет производство сварных труб.

Размеры и допуски на прокат, требования к качеству поверхности, механическим и технологическим свойствам определяются государственными и отраслевыми стандартами (ГОСТами, ОСТами) или техническими условиями (ТУ).

Основные технологические о перации прокатного производства

Технологический процесс прокатки представляет собой комплекс последовательных термомеханических операций, выполняемых на соответствующем оборудовании и в определенной последовательности и предназначенных для получения продукции с заданными показателями качества (точности формы и геометрических размеров, состояния поверхности и т. д.). Наиболее общая схема технологического процесса прокатки включает операции подготовки исходного металла к прокатке, нагрева перед обработкой давлением, собственно прокатки для получения заданного профиля, отделку проката и контроль его качества. В зависимости от стадии прокатки (производство заготовок или готовой продукции из слитка или литой заготовки) и вида проката число технологических операций и их последовательность может изменяться.

Рис . 22.1. Профили сортовой стали

1 -- квадратный; 2 -- круглый; 3 -- шестигранный; 4 -- полосовой; 5--автообод; 6 -- угловой (а -- равнобокий, б -- нерав-нобокий); 7 -- рельс железнодорожный; 8 -- рельс трамвайный; 9 -- балочный; 10 -- швеллерный; 11 -- опорная планка направляющего колеса трактора; 12 -- зетовый профиль; 13 -- шпунт

Схема технологического процесса производства сортового проката из слитков приведена следующая:1 -слиток (1 слитки), 2-нагрев слитков в нагревательных колодцах, 3-прокатка на блюминге, 4- зачистка поверхностных дефектов на машине огневой зачистки, 5-раскрой раската на ножницах на блюмы., 6-прокатка на непрерывном заготовочном стане, 7-раскрой раската на заготовки, 8-охлаждение на холодильнике,9- зачистка поверхностных дефектов (2-9 - получение полупродукта), 10-нагрев заготовок в методической печи, 11-прокатка на сортовом стане, 12-раскрой проката на заданные длины, 13-охлаждение проката (10-13 -получение готового сортового проката), 14-термическая обработка проката, 15 -правка, 116-зачистка поверхностных дефектов, 17-упаковка, маркировка, взвешивание, отгрузка готовой продукции (14-17--отделка проката) .

При подготовке исходного металла к прокатке с него удаляют различные поверхностные дефекты, что увеличивает выход готового проката. Эта операция особенно необходима при прокатке качественной углеродистой и легированной стали. При прокатке контролируют начальную и конечную температуру, заданный режим обжатия. Для контроля за состоянием

перекатываемого металла, называют вытяжными. К вытяжным калибрам относят прямоугольные (ящичные), ромбические, квадратные, овальные и др.

Для постепенного приближения поперечного сечения прокатываемой заготовки к готовому профилю применяют подготовительные или предчистовые калибры. Форма чистового калибра точно соответствует форме готового проката, но размеры калибра приняты с учетом коэффициента температурного расширения металла и минусового допуска.

Важнейшая задача калибровки -- расчет режима обжатий при прокатке. Устанавливая режим обжатия, учитывают пластичность металла и его сопротивление деформации, допустимый угол захвата, прочность валков и деталей стана, мощность двигателя, величину уширения.

4 Технология производства отдельных видов проката

Производство блюмов и слябов. На блюмингах и слябингах прокатывают слитки в крупные заготовки -- блюмы и слябы, имеющие соответственно квадратное и прямоугольное сечение. Масса и форма слитков зависят от диаметра валков, мощности двигателя стана, марки стали и вида получаемой заготовки.

Масса слитка должна быть такой, чтобы обеспечить максимальную производительность стана, требуемое число блюмов и слябов, наибольший выход годного проката. Для прокатки слябов нужны, например, слитки массой 16. ..28 т, а для прокатки блюмов -- 3,0. ..12 т.

Из указанных слитков прокатывают слябы в соответствии с ГОСТ 25715--89 сечением 100.. .350X300.. .2200 мм и длиной 1,2. ..11 м, блюмы по отраслевому стандарту ОСТ 14-13--75 сечением 140 X 140.. .450 X 450 мм, длиной 1...6 м.

Для нагрева слитков при прокатке блюмов и слябов применяют нагревательные колодцы (см. рис. 20.5). В нагревательные колодцы блюмингов и слябингов поступает свыше 90 % всех слитков непосредственно из сталеплавильного цеха в горячем состоянии при температуре 800.. .850 °С. При горячем всаде слитков расход топлива составляет 1050... 1250 кДж/кг. Нагревательные колодцы, как правило, располагают в отдельном здании, примыкающем к основному зданию блюминга или слябинга. На рис. 22.7 показана схема расположения оборудования современного двухвалкового реверсивного блюминга с диаметром валков 1300 мм. Слитки, нагретые в колодцах до температуры 1200.. .1250 °С, транспортируют к стану, где они подвергаются деформации в валках блюминга сначала на гладкой бочке, а затем в системе ящичных калибров.

Обжатие слитка за отдельный проход при производстве блюмов из углеродистой и низколегированной стали составляет в среднем 65.. .80 мм, а максимальное обжатие -- 90... 120 мм. При таких обжатиях слиток углеродистой стали массой 7,5 т прокатывают на блюминге 1300 в блюм сечением 350Х Х350 мм за 13 проходов, а слиток легированной стали I2X18H10T массой 3,3 т на блюминге 1000 в блюм сечением 180X180 мм --за 19 проходов. Выход годных блюмов из слит-ков кипящей стали составляет 91...92,5%, из слитков спокойной стали -- 80. ..82%. На многих блюмингах основные операции технологического процесса прокатки (подача слитков, работа рольгангов, главный привод валков, нажимное устройство и т. д.) автоматизированы.

Производительность блюмингов составляет 3,5.. .6,0 млн. т и более слитков в год. Продолжительность прокатки одного слитка составляет при этом 50.. .60 с.

Полученные на блюминге раскаты после удаления поверхностных дефектов на машинах огневой зачистки (см. рис. 22.7) подвергают раскрою на блюмы. В ряде случаев на блюмингах прокатывают также и слябы. Кроме того, слябы прокатывают на специальных обжимных станах -- слябингах (см. рис. 21.7,5), которые имеют горизонтальные и вертикальные валки с гладкой бочкой. Для сортовых станов требуются заготовки меньшего сечения, чем блюмы. Поэтому блюмы без промежуточного подогрева направляют для дальнейшей прокатки на заготовочных станах, которые обычно располагают в непосредственной близости от блюмингов. Такое расположение станов позволяет прокатывать заготовки из крупных слитков с одного нагрева, что экономически выгодно. В качестве заготовочных станов применяют непрерывные, а также одно клетьевые двухвалковые реверсивные станы, реже трехвалковые одно-, двухклетьевые станы продольной прокатки. Весьма высокопроизводительным является современный заготовочный стан радиально-сдвиговой прокатки, позволяющий подвергать деформации круглые или многогранные слитки и литые заготовки с вытяжкой за один проход 3.. .6 и более и обеспечивающий интенсивную проработку литой структуры. Станы радиально-сдвиговой прокатки могут быть использованы как заготовочные или взамен черновых групп клетей сортовых станов.

Производство фасонных профилей проката на рельсобалочных станах. На этих станах прокатывают железнодорожные и трамвайные рельсы, балки, швеллеры, шпунты, а также угловую, круглую и квадратную сталь большого сечения.

Рельсы железнодорожные широкой колеи производят трех типов: Р50 по ГОСТ 7174--87, Р65 по ГОСТ 8161--86 и Р75 по ГОСТ 16210--88. Тип рельса указывает на массу 1 м длины. Балки нормального типа в соответствии с ГОСТ 8239--85 имеют высоту 100...600 м. На универсальном балочном стане освоили производство широкополочных двутавровых балок высотой до 1000 мм. Швеллеры по ГОСТ 8240--85 производят высотой от 50 до 400 мм и шириной полок от 32 до 115 мм..

Рельсы производят из высокоуглеродистых сталей марок М76, М74 по ГОСТ 24182--86 и НБ67 по ГОСТ 16852--85 (с содержанием 0,67...0,76% С), а балки, швеллеры и шпунты изготовляют преимущественно из кипящей стали марок СтО, СтЗ, Ст4 и Ст5 по ГОСТ 380--88.

Современные рельсобалочные станы располагают обычно в две (рис. 22.9) и более линии. Первую линию рельсобалочных станов составляет двухвалковая реверсивная черновая, или обжимная, клеть 1. Конструкция этой клети аналогична конструкции клети блюминга; диаметр ее валков 900.. .950 мм, длина бочки 2300 мм. В качестве привода черновой клети 950 служит реверсивный двигатель мощностью 5000 кВт. Во второй линии стана обычно имеются две черновые трехвалковые клети 2 с диаметром валков 850 мм, приводом для которых является реверсивный двигатель мощностью 8100 кВт. Чистовая двухвалковая клеть 3 с диаметром валков 850 мм. Приводом чистовой клети является электродвигатель постоянного тока мощностью 2100 кВт.

Заключение

Итак изучив теоретическую литературу по данной теме, можно сделать следующие выводы:

Прокатный стан - это совокупность привода, шестеренной клети, одной или нескольких рабочих клетей. Прокатные станы классифицируют по трем основным признакам: по числу и расположению валков; по числу и расположению рабочих клетей; по их назначению.

Стан дуо имеет два валка, которые вращаются либо в одном направлении (нереверсивные станы), либо в разных направлениях (реверсивные станы). Последнее позволяет пропускать обрабатываемый материал в обе стороны.

Стан кватро имеет два рабочих и два опорных валка, расположенных один над другим. Приводными являются рабочие валки.

Много валковые станы: двенадцативалковые и двадцативалковые имеют также только два рабочих валка, а все остальные являются опорными. Валки приводятся через промежуточные опорные валки. Такие конструкции станов позволяют применять рабочие валки малого диаметра, благодаря чему увеличивается вытяжка и снижается давление металла на валки.

Универсальные станы, кроме горизонтальных валков, имеют также и вертикальные, расположенные с одной и обеих сторон горизонтальных валков.

По расположению рабочих клетей станы могут быть одноклетьевыми и многоклетьевыми с линейным и последовательным расположением клетей. У линейных станов клети расположены в одну или несколько линий; в каждой линии все валки связаны между собой и вращаются с одной скоростью. Последнее является существенным недостатком этих станов, так как препятствует значительному увеличению скорости прокатки по мере увеличения длины прикатываемой полосы. Поэтому в некоторых случаях для повышения производительности станов клети располагают в несколько линий с разной скоростью прокатки.

Производительность прокатки можно повысить последовательным расположением клетей в непрерывных станах. Привод рабочих клетей непрерывных станов может быть группой, когда несколько клетей приводятся в движение от одного двигателя, или индивидуальным, когда каждая клеть имеет свой двигатель. В обоих случаях окружная скорость каждой последующей пары валков должна быть больше скорости предыдущей на строго определенную величину. На непрерывных станах можно прокатывать полосу с натяжением, что позволяет увеличить обжатия. Внедрение непрерывности всего процесса прокатки - одно из основных направлений технического прогресса в прокатном производстве.

Прокатные станы по назначению подразделяются на станы для производства полупродукта и станы для выпуска готового проката. К первым станам относятся обжимные станы (блюминги и слябинги) для прокатки слитков в продукт крупного сечения для последующей прокатки на сортовой или листовой металл и заготовочные для получения полупродукта более мелкого сечения из блюмов или слитков небольшой массы.

Станы для выпуска готового проката характеризуются видом выпускаемой продукции: рельсобалочные. Сортовые, листопрокатные, трубопрокатные и станы для специальных видов проката. Размер блюмингов. Слябингов, заготовочных, рельсобалочных и сортовых станов обуславливается диаметром бочки валков; размер листовых станов - длиной бочки, а размер трубопрокатных станов - наружным диаметром прокатываемых труб.

Литература

Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.:Машиностроение, 1990

1. Геллер Ю.А. Рахштадт А.Г. Материаловедение. Методы анализа, лабораторные работы и задачи. М.: Металлургия, 1984г.

2. Бернштейн М.Л.. Металловедение и термическая обработка стали.М.: Металлургия, 1983

3.Богодухова С.И., Бондаренко В.А. Технологические процессы машиностроительного производства. Оренбург, ОГУ, 1996

4.Жадан В.Т., Полухин П.И. Материаловедение и технология материалов. М.: Металлургия, 1994

5. Лахтин Ю.М, В.П. Леонтьева. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990

Подобные документы

Техническая характеристика исходных материалов для прокатного производства: блюмы, слябы, заготовки, сутунки. Подготовка металла к прокатке: зачистка слитков, зачистка полуфабрикатов и нагрев металла перед прокаткой. Технологическая схема прокатки стали.

контрольная работа , добавлен 19.06.2015


Металл для прокатного производства. Подготовка металла к прокатке. Зачистка слитков, полуфабрикатов. Нагрев металла перед прокаткой. Прокатка металла. Схемы косой, продольной и поперечной прокатки. Контроль технологических операций охлаждения металла.

реферат , добавлен 04.02.2009


Схема деформации металла на роликовых станах холодной прокатки труб, ее аналогичность холодной прокатке труб на валковых станах. Конструкция роликовых станов. Технологический процесс производства труб на станах холодной прокатки. Типы и размеры роликов.

реферат , добавлен 14.04.2015


Роль и задачи холодной прокатки металла. Детальный анализ технического процесса производства холоднокатаного листа. Характеристика колпаковых печей. Принципы работы дрессировочных станов. Устройства управления, используемые на производстве проката.

отчет по практике , добавлен 25.06.2014


Конструктивно-технологическая характеристика изделия. Описание сплава АМг6. Течение металла при горячей прокатке. Выбор прокатного стана, размеров слитка и режимов обжатий. Технология производства листов. Режимы их окончательной термической обработки.

курсовая работа , добавлен 07.10.2013


Классификация и устройство прокатных станов, история их возникновения. Характеристика конструкций основных деталей оборудования прокатных станов, их виды и назначение. Автоматика крупных прокатных станов, объединённые локальные системы в ее составе.

контрольная работа , добавлен 14.04.2011


Раскрытие сущности пластичной деформации металла как основы технологии сортопрокатного производства. Выбор отделочных калибров и расчет площадей сечений раската прокатных валков круглого профиля диаметром 5 мм. Расчет усилий и скоростной режим прокатки.

курсовая работа , добавлен 28.01.2013


Анализ технологического процесса и оборудования прокатного стана, анализ технологических схем производства толстого листа, предлагаемая технологическая схема прокатки. Выбор оборудования прокатного стана, разработка технологии прокатки и расчет режимов.

курсовая работа , добавлен 04.05.2010


Описание непрерывного стана 1200 холодной прокатки Магнитогорского металлургического комбината им. В.И. Ленина. Оборудование и технология прокатки. Выбор режимов обжатий и расчет параметров, рекомендации по совершенствованию технологии прокатки.

курсовая работа , добавлен 27.04.2011


Полный металлургический цикл. Характеристика доменного, сталеплавильного и прокатного производства. Состав оборудования прокатных станов. Расчет на износ узлов трения, динамической нагруженности элементов системы и усталостной долговечности деталей.