CC BY
84И.В. Копылов, К.В. Волков, А.Ю. Ромадин
ОАО «ЕВРАЗ Объединенный Западно-Сибирский
металлургический комбинат»
ОСОБЕННОСТИ СПОСОБОВ ПРОДОЛЬНОГО РАЗДЕЛЕНИЯ РАСКАТА ПРИ ПРОКАТКЕ АРМАТУРНЫХ ПРОФИЛЕЙ
Увеличение доли мелких профилей (№10, 12) в сортаменте мелкосортного стана «250-1» ОАО «ЕВРАЗ ЗСМК» вызвало необходимость освоения и внедрения технологии прокатки этих профилей с разделением.
За период освоения были разработаны и опробованы различные схемы калибровки валков для формирования ослабленного сечения и способов разделения раската.
Способы формирования ослабленного сечения в значительной степени зависят от последовательности расположения прокатных клетей, что существенно ограничивает реализацию процесса. Применяемые способы формирования ослабленной перемычки в ходе освоения технологии подробно изложены в работах [1, 2].
В настоящей работе рассмотрен окончательный этап деления раската непосредственно в калибрах и с применением специальных устройств.
Первые эксперименты прокатки с разделением производили с применением делительной выводной арматуры. Но ввиду недостаточного количества этих устройств, их сложной конструкции, затрудняющей её обслуживание, а также низкой стойкости разрезных роликов было принято решение применить схему двухручьевой прокатки арматурных профилей с делением раската непосредственно в валках. Использование этой схемы существенно упрощает конструкцию выводных проводок, однако при этом были выявлены некоторые особенности, которые, если их не учитывать, могут практически остановить весь процесс производства. В настоящее время с приобретением в достаточном количестве делительных устройств, имеющих легкую в обслуживании конст-
рукцию, и применением роликов из износостойких материалов в настоящее время освоена и внедрена в производство технология «слиттинг-процесса» для арматурного проката №8, 10, 12, 14 со специальными устройствами деления раскатов.
Реализацию процесса продольного разделения раската контролируемым разрывом в валках осуществляли путем создания в зоне перемычки растягивающих напряжений под действием осевых сил со стороны боковых поверхностей гребней разрезного калибра, внедряемых в металл (рис. 1).
Рис. 1. Схема продольного разделения двухниточного раската контролируемым разрывом: а - момент захвата раската валками; б - внедрение разрезных гребней и зарождающейся трещины в очаге деформации; в - разделенные профили
при выходе из очага деформации
Для этого разрезной калибр спроектирован таким образом, чтобы во время разрезки перемычки отсутствовал контакт металла с дном и боковыми гранями калибра (к > Н) либо имелся минимальный контакт с незначительным обжатием по высоте (к < Н). В момент захвата валками (рис. 1а) и в период установившегося процесса прокатки осуществляется контакт металла и валков только по всей ширине внутренних гребней калибра.
В связи с тем, что осевые силы меньше суммы сил пластического изгиба профилей и силы сопротивления перемычки растяжению (Q <(О + Г), где Q
- осевые силы; О - сила пластического изгиба; Г - сила сопротивления перемычки растяжению), в начале очага деформации имеет место пластическая деформация раската с незначительным обжатием перемычки - гребнями калибра. По мере утонения перемычки уменьшается сила сопротивления перемычки растяжению и с момента Q > (О + Г) начинается растяжение перемычки, сопровождаемое взаимным перемещением разделенных профилей в поперечном направлении. Под действием растягивающих сил увеличивается интенсивность напряжений в перемычке и повышается вероятность появления первой трещины на оси симметрии полосы. После этого под расклинивающим действием гребней валков она распространяется к вершинам гребней до разрушения перемычки. Так как трещина зарождается на оси симметрии, то при ее разрастании к вершинам гребней разрезного калибра наблюдаются вогнутые внутрь полосы поверхности разделения. Схема формирования таких поверхностей показана на рисунках 1б и 1в.
Приведенные рассуждения подтверждаются полученными темплетами разделённых профилей (рис. 2а и 2б). Происходит рваное вскрытие зернистой структуры металла в месте разделения заготовок, которое остается заметным после обжатия в последующем овальном калибре (рис. 2в).
Для уменьшения влияния места разделения на качество готового профиля необходимо сводить к минимуму ширину дорожки разрыва со вскрытой зернистой структурой. Для этого следует уменьшать толщину перемычки задаваемо-
го раската в разрезной калибр и зазор между разрезными гребнями в этом калибре. Минимальный зазор между разрезными гребнями (с учетом «пружины» валков и их регулировки) должен составлять не менее 0,5 мм на новых калибрах. От износа калибра эта величина быстро увеличивается до 1,0 мм. Поэтому главная роль в обеспечении гарантированного деления отводится выдерживанию определённой толщины перемычки на подкате. Опыт проведенных прокаток показал, что изменение отношения величины зазора между разделяющими гребнями разрезного калибра к толщине перемычки на подкате меняет не только условия разделения раската, но и радиус кривизны передних концов разделенных профилей на выходе из валков.
в
Рис. 2. Темплеты очагов деформации: а - рваная дорожка разрыва после разделения; б - поперечное сечение очага деформации в месте разрыва перемычки; в - вид дорожки разрыва после обжатия в овальном калибре
С целью получения аналитических зависимостей, определяющих процесс продольного разделения двухниточного раската контролируемым разрывом, были проведены экспериментальные исследования на лабораторном прокатном стане 120. Выявлено, что при отношении значений зазора между разрезными
гребнями ^ к толщине задаваемой перемычки 5 равном 0,25, разделение профилей проходит неустойчиво только на переднем конце (рис. 3а). С уменьшением величины отношения наблюдается уверенное разделение с большим радиусом кривизны изгиба вплоть до прямолинейного выхода разделенных заготовок. При дальнейшем уменьшении величины отношения (^5 = 0,15) происходит уменьшение радиуса изгиба разделенных профилей на выходе из калибра с разбросом передних концов в противоположные стороны (рис. 3б).
а б
Рис. 3. Разделение профилей: а - разрыв не произошел; б - разрыв с изгибом разделённых профилей
При двух крайних величинах отношения ^5 происходит либо дорывание перемычки о внутреннюю перегородку выводной проводки с образованием наварки металла (^5 > 0,25), либо передние концы заготовок упираются в боковые стенки выводной проводки с образованием «крючка», способствующего застреванию раскатов во вводной проводке последующей клети или неправильному захвату в калибре (^5 < 0,15).
Полученные зависимости были использованы при конструировании калибров, что позволило на новых калибрах получать минимальную ширину дорожки разрыва при прямолинейном выходе разделённых профилей. От износа калибров в процессе прокатки оба компонента этих зависимостей постепенно увеличиваются, тем самым величина отношения меняется незначительно и процесс деления не нарушается, но при этом увеличивается ширина рваной дорожки с зернистой структурой. Уменьшение зазора разрезного калибра без корректировки зазоров предшествующих калибров приводило к изгибу передних концов полосы и последующему «забуриванию» в процессе прокатки.
Реализация процесса продольного разделения раската разрезным устройством («слиттинг-процесс») состоит из двух операций: подготовка раската к разделению и само разделение. Продольное разделение раската, состоящего из двух круглых или другой формы профилей, соединённых тонкой перемычкой, осуществляется разрывом перемычки специальным устройством, устанавливаемым на выходе из валков, под действием выталкивающей силы, создаваемой прокатными валками. Устройство для разделения содержит одну или две пары горизонтальных роликов с гребнями посередине бочки.
Для реализации этого процесса калибр, формирующий тонкую перемычку порядка 0,8-1,0 мм, спроектирован так, чтобы у обжимаемой в нём полосы не происходило деление. В начале очага деформации (рис. 4а) осуществляется контакт металла с валками только по всей ширине внутренних гребней калибра. По мере утонения перемычки гребнями валков уменьшается сила Г сопротивления перемычки растяжению и с момента, когда Q > (О+Г) , начинается растяжение перемычки, сопровождаемое взаимным перемещением профилей в поперечном направлении. Под действием растягивающих сил увеличивается интенсивность напряжения в перемычке, что способствует зарождению трещины на оси симметрии полосы (рис. 4б). Далее по ходу очага деформации начинается обжатие профиля дном калибра и боковыми стенками, тем самым уравновешиваются растягивающие напряжения, прекращается зарождение трещины в
очаге деформации (рис. 4в). На выходе из очага деформации профиль обжимается по всему контуру и разрыва перемычки не происходит (рис. 4г).
а)
б)
Рис. 4. Схема продольного разделения двухниточного раската при «слиттинг-процессе»: а - момент захвата раската валками; б - внедрение разрезных гребней до контакта по дну и боковым граням калибра, начало зарождения трещины в очаге деформации; в - внедрение разрезных гребней в момент контакта с дном и боковыми гранями калибра, прекращение зарождения трещины в очаге деформации; г - профиль двух половинок, соединенный тонкой перемычкой
при выходе из очага деформации
Продольное разделение завершается в клиновидных роликах делительного устройства. Увеличенный угол клиновидных роликов (относительно угла
сформированной канавки профиля) обеспечивает взаимное смещение соединённых половинок. Под действием осевых сил происходит растяжение и разрыв перемычки. Вид места разделения показан на рис. 5 а. Конструкция калибров и форма разрезных роликов делительного устройства позволяет на новых калибрах получать минимальную величину шейки разрыва. При обжатии такой полосы в овальном калибре происходит растяжение острой кромки в поперечном направлении без образования заката (рис. 5б). При значительном износе разрезных гребней калибра клиновидные ролики начинают выполнять работу не только взаимного смещения половинок профиля, но и дорезания перемычки. В этом случае величина шейки разрыва увеличивается и появляется вероятность образования заката.
а б
Рис. 5. Темплеты очагов деформации: а - дорожка разделения; б - вид дорожки разделения после обжатия в овальном калибре на «просветленном» темплете
При реализации «слиттинг-процесса» большое значение имеют два фактора: точная задача раската в калибр и положение выводного делительного устройства относительно калибра. Выполнение этих факторов значительно затрудняет настройку процесса. Однако в отличие от деления полосы контролируемым разрывом непосредственно в валках наличие делительного устройства обеспечивает выполнение заданных параметров при осуществлении процесса разделения раската. При выкрашивании разрезного гребня в калибре клинообразные ролики разрезного устройства дорезают дефектный участок. В таком режиме продолжать прокатку не рекомендовано, но появляется возможность до
обнаружения сколов, не получая «бурений» и несоответствия требованиям к готовой продукции, докатать находящиеся в линии стана заготовки.
Преимущества процесса продольного разделения раската контролируемым разрывом:
- упрощение настройки валков в случае деления раската при больших зазорах между разрезными гребнями;
- отсутствие шейки разрыва в месте разделения заготовок;
- надежное самоцентрирование раската в двухручьевом калибре;
- повышение срока службы валков в результате возможности увеличения угла до 90° у вершин гребней двухручьевого калибра;
- простота конструкции выводной валковой арматуры.
К недостаткам продольного разделения раската следует отнести:
- вскрытие зернистой структуры металла в месте разделения заготовок;
- необходимость осуществлять разделение раската в узком диапазоне соотношения значений зазора между разрезными гребнями и толщины перемычки, влияющей на радиус кривизны передних концов разделенных профилей на выходе из валков.
Преимущества технологии «слиттинг-процесса»:
- ровная поверхность шейки разрыва, растягивающаяся от обжатия в овальном калибре без оставления видимых следов;
- наличие делительного устройства, подстраховывающего протекание процесса разделения, дорезая дефектный участок от выкрошенных гребней калибра.
К недостаткам технологии «слиттинг-процесса» следует отнести:
- разделение в делительном устройстве полосы, полученной в калибре со значительным износом разрезных гребней, увеличивает шейку разрыва и появляется вероятность образования заката;
- необходимость в формировании на раскате очень тонкой (порядка
0,8-1,0 мм) перемычки снижает срок службы валков (низкая стойкость формирующего калибра);
- наличие разделяющего устройства сложной конструкции требует квалифицированного обслуживания;
Выводы. Рассмотрены особенности, преимущества и недостатки продольного разделения раската в калибрах и разделения раската с применением специальных устройств при прокатке арматурных профилей. Выявлены отличия способа продольного разделения контролируемым разрывом от «слиттинг-процесса».
Библиографический список
1. Освоение производства арматурной стали способом прокатки с разделением / А.И.Погорелов, И.В.Копылов., О.Ю.Ефимов и др. // Сталь. 2004. №5. С. 63-66.
2. Использование технологии прокатки-разделения на стане 250-1 / О.Ю.Ефимов, В.Я.Чинокалов, И.В.Копылов и др. // Сталь. 2008. № 8. С. 78-80.
