Технология термической обработки в потоке профилегибочного агрегата

При разработке технологии и оборудования для термического упрочнения гнутых профилей в потоке применительно к существующему профилегибочному агрегату следует исходить из следующих требований: установка должна обеспечивать равномерные нагрев и охлаждение профилей любой длины и формы поперечного сечения занимать небольшую площадь, после термообработки профили должна обладать однородными механическими свойствами и микроструктурой по периметру и длине, сохранять прямолинейность и геометрические размеры сечения.

Нагрев профилей может осуществляться двумя способами: печным и с помощью т. в. ч. Индукционный нагрев позволяет ускорить процесс закалки в несколько раз по сравнению с нагревом в пламенных печах. Этот метод позволяет осуществить полную механизацию и автоматизацию процесса, улучшить условия труда рабочих и уменьшить производственные площади. Однако установка т. в. ч. не может обеспечить равномерный нагрев металла по периметру профилей сложной формы поперечного сечения для таких профилей пока единственно возможным остается печной нагрев.

УкрНИИметом сконструированы установки для термического упрочнения гнутых профилей как с печным нагревом, так и с нагревом т. в. ч. Обе установки работают по принципу непрерывно-последовательной закалки.

Установка с газопламенным нагревом состоит из проходной газовой печи непрерывного действия, закалочного устройства, установленного непосредственно за печью, и системы направляющих роликов. Полоса металла задается в 1-ю клеть профилегибочного стана. Формовка профиля происходит в 1—7-й клетях стана. Готовый профиль, выходя из 7-й клети, поступает в нагревательную печь. Движение профиля в печи происходит по специальной направляющей за счет перемещения его в валках стана.

После выхода из печи профиль поступает в закалочное устройство; после закалочного устройства установлены направляющие ролики, обеспечивающие заход профиля в последнюю (правильную) клеть стана.

Для устранения возможного искажения геометрических размеров профиля вследствие его нагрева и охлаждения шайбы правильной клети полностью соответствуют шайбам 7-й (последней формующей) клети стана. Движение профиля в валках профилегибочного стана и в печи происходит равномерно со скоростью 1 м/мин.

Печь состоит из металлического кожуха, футерованного асбестом и шамотным кирпичом. Рабочее пространство нагревательной печи имеет цилиндрическую форму длиной 2100 мм и диаметром 500 мм. Печь имеет шесть горелок, факел которых направлен под профиль. Горелки расположены горизонтально в один ряд на боковой стенке в нижней части печи, что обеспечивает равномерную температуру по всей длине печи. Отвод продуктов сгорания совершается через отверстия, находящиеся в своде печи. Направляющая проводка в печи, по которой происходит движение профиля, изготовлена из жаропрочной стали.

Для замера температуры в камере печи на боковой стенке имеются три отверстия, в которых помещаются термопары. Температура замеряется платина-платинородиевыми термопарами, подключенными к приборам ЭПВ2-11А. Температура в печи может достигать 1300—1350 °С. Время пребывания профиля в нагревательной печи 2 мин. За это время профиль нагревается до 900—950 °С. Для обеспечения постоянной заданной температуры нагревательная печь снабжена автоматическими регуляторами подачи газа и воздуха в горелки.

Закалочное устройство состоит из верхних и нижних секционных спрейеров, сливного лотка и бака. Вода из бака с помощью насоса под давлением 3 ат подается в спрейеры. После охлаждения профиля отработанная вода удаляется через сливной лоток, расположенный под спрейерами. Струи воды, выходящие под давлением из спрейеров, препятствуют образованию паровой пленки в месте контакта профиля с водой. Поэтому интенсивность охлаждения профиля в спрейерном устройстве значительно выше, чем в обычной закалочной ванне. Для равномерного охлаждения всего сечения готового профиля рабочая поверхность спрейеров полностью копирует форму охлаждаемого профиля. Спрейеры сделаны съемными. Как верхние, так и нижние спрейеры выполнены секционными, с отдельным подводом воды к каждой секции. И верхний и нижний спрейеры состоят из десяти секций. Длина каждой секции 3 см. Такая конструкция спрейеров позволяет регулировать время охлаждения профиля от 2 до 20 с, что обеспечивает прерванное охлаждение и дает возможность получать различную (200—600°С) температуру конца охлаждения их при закалке. Кроме того, охлаждая профили при работе первой и последней секции, можно проводить изотермическую закалку профилей.

Применение указанной конструкции закалочного устройства, обеспечивающего различную температуру конца охлаждения, Дает возможность получать термически упрочненные профили с различными прочностными и пластическими свойствами. Так, в зависимости от времени охлаждения, а следовательно, и температуры конца охлаждения предел прочности профилей изменяется от 400 до 1300 МПа; предел текучести от 280 до 1000 МПа, относительное удлинение — от 19 до 5 %. Получаемая при термическом упрочнении микроструктура металла изменяется от ферритно-перлитной (при охлаждении профиля до 500—600 °С) до низкоуглеродистого мартенсита При полном охлаждении.

Конфигурация спрейеров, обеспечивающая равномерное охлаждение профилей по всему сечению, дает возможность сохранять геометрические размеры профиля после термической обработки неизменными.

Разработанная УкрНИИметом конструкция агрегата для термического упрочнения гнутых профилей проката позволяет производить термическую обработку профилей любой длины и сложной формы поперечного сечения непосредственно в потоке профилегибочного стана. Установка с нагрева т. в. ч. cостоит из индуктора, расположенного между двумя соседними клетями стана и подключенного к закалочному агрегату МГЗ-208АК и охлаждающего спрейера, установленного за индуктором по направлению движения профиля.

Индукторы выполнены 3-, 4- и 5-витковыми с прямыми углами загиба, что обеспечивает равномерный нагрев металла по периметру профиля: перепад температуры по сечению профиля не превышает 20 °С. Зазор между индуктором и профилем 5 мм.

Поступательное движение профиля в обеих установках происходит за счет вращения валков профилегибочного стана.

В качестве охлаждающей жидкости применяется техническая вода. Закалочное устройство состоит из верхних и нижних спрейеров. Спрейеры съема душирующего и форсуночного типа. Как верхние, так и нижние спрейеры секционные с отдельным подводом воды к каждой секции. Такая конструкция охлаждающих устройств позволяет в широком диапазоне регулировать интенсивность и время охлаждения металла. Для равномерного охлаждения всего сечения профиля рабочая поверхность спрейеров копирует форму профиля.

За охлаждающим устройством установлены направляющие ролики, обеспечивающие заход профиля в правильную клеть. Шайбы этой клети соответствуют шайбам последней формующей клети стана.

Равномерность нагрева и охлаждения профиля по сечению и длине, достигаемая благодаря постоянной скорости движения профиля и конструктивные особенности установки (форма калибров, конструкция охлаждающих устройств) предотвращает коробление профиля при закалке. Отпуск закаленных профилей производится в тех же нагревательных устройствах (газовой печи с помощью индуктора), что и нагрев под закалку.

На любом профилегибочном агрегате можно организовать производство гнутых профилей с термическим упрочнением как с печным, так и т. в. ч. нагревом в непрерывном технологическом процессе.

Контрольные вопросы:

1. Какими способами осуществляется нагрев металла?

Перечень ссылок:

1. И.С. Тришевский, А.Б. Юрченко, B.C. Марьин, В.В. Клепанда, В.В. Ланько, Г.Р. Хейфец, Н.И. Крылов.
Производство гнутых профилей. Оборудование и технологии. 1982г.

2. В.А. Мастеров, В.С. Берковский Теория пластической деформации и обработка металлов давлением. 1970г.

3. А.И. Целиков, В.И. Зюзин Современное развитие прокатных станов. 1972г.