 |
Техническая характеристика линии огневой зачистки и резки слябов
|
|
|
|
Толщина снимаемого слоя на МОЗ, мм 1... 6
Скорость:
движения сляба через МОЗ, м/с 0,15...0,75
перемещения резака, м/мин 0,04...0,6
возврата резаков в исходное положение, м/мин 2
Цикл зачистки сляба на МОЗ (с) при длине,
м:
7 64...74
10 74...84
12 80...90
Цикл резки сляба на мерные отрезки (2...3,
4 м), мин 5,5...9,5
К другим способам удаления поверхностных дефектов с заготовок и слитков относят вырубку (зачистку) пневматическими зубилами, зачистку наждачными кругами, на фрезерных и токарных станках.
Вырубка поверхностных дефектов пневматическими зубилами – операция малопроизводительная. Ее применяют преимущественно в качестве дополнительной отделочной операции при зачистке другими способами.
Для удаления дефектов с поверхности заготовок применяют также качающиеся наждачные станки, подвешиваемые при помощи устройства, позволяющего легко поворачивать станок вокруг оси и отклонять от вертикального положения. Зачистку заготовок производят абразивными кругами, изготовляемыми из электрокорунда на бакелитовой связке.
В отличие от вырубки пневматическими зубилами удаление дефектов наждачными станками необходимо производить поперечной зачисткой, так как при продольной зачистке такие дефекты, как волосовины или очень мелкие трещины, обычно располагающиеся вдоль заготовки, обнаружить очень трудно. Зачистка заготовок на наждачных станках малопроизводительна. Поэтому этот способ применяют при удалении дефектов с поверхности заготовок из высоколегированных сталей. Последние трудно или совсем не поддаются вырубке пневматическими зубилами.
При зачистке заготовок из твердых сталей вследствие сильного разогрева металла и последующего остывания могут возникнуть шлифовочные трещины. Чтобы избежать появления этих трещин, необходимо снимать не слишком большую стружку и выбирать величину зерна, твердость и окружную скорость абразивных кругов, соответствующие обрабатываемой стали. Возможность появления шлифовочных трещин особенно велика при зачистке заготовок из твердых сталей, быстро охлажденных после прокатки, когда в них возникают большие внутренние напряжения. Стали, склонные к воздушной закалке, во избежание появления трещин надо зачищать в отожженном состоянии.
|
|
|
Распространенным способом зачистки является обточка слитков и заготовок. Этот способ применяют для обдирки круглых слитков и заготовок при производстве бесшовных труб из жаропрочной, нержавеющей и других высококачественных сталей, к качеству которых предъявляют особо высокие требования.
В настоящее время изготовляют специальные токарные станки для обдирки круглых слитков. Эти станки имеют специальные приспособления для быстрой установки и центровки слитков, а для ускорения обдирки применяют несколько одновременно работающих резцов, установленных на общем суппорте.
В особых случаях обточке подвергают слитки из легированной и высоколегированной стали, применяемые для прокатки сортовой стали. Так как эти стали имеют квадратное или прямоугольное поперечное сечение, обдирку их производят на специальных станках, работающих по особому копиру. На них можно обтачивать слитки и заготовки с любой формой поперечного сечения.
Фрезеровку слитков и заготовок применяют для удаления всего поверхностного слоя или в дефектных местах; ее осуществляют на специальных станках. Местную фрезеровку производят, например, для зачистки заготовок с дефектами шириной до 50 и глубиной до 10 – 15 мм.
В настоящее время внедряют новый, прогрессивный метод удаления поверхностных дефектов — зачистку металла электрической дугой, под действием которой металл в месте расположения дефекта выплавляется. По некоторым данным производительность электрозачистки в три – четыре раза выше производительности вырубки пневматическими зубилами, а стоимость меньше примерно в три раза.
|
|
|
На рис. 2 показана схема поточной линии дефектоскопии заготовок квадратного сечения, идущих на изготовление подката для калибровки и холодной высадки из качественных конструкционных сталей. Линия включает в себя: загрузочные решетки 1, принимающие пакеты заготовок и выдающие их по одной на рольганг перед роликовой правильной машиной 2, которая устраняет кривизну заготовок в допустимых по технической характеристике приборов дефектоскопии.пределах (например, 2 мм на 1 м длины); дробеструйную машину 3 для очистки поверхности заготовок от окалины, оборудованную системой вытяжной вентиляции, регенерации дроби и пылеочистки.
Рисунок 2. Схема компоновки поточной линии дефектоскопии заготовок из
конструкционных качественных сталей
Приборы дефектоскопии 4 линии установлены в специальном изолированном помещении, которое снабжено системой кондиционирования воздуха и защищено от электромагнитных помех. В состав дефектоскопической аппаратуры входят: прибор для контроля заданной марки стали; два магнитографических блока, осуществляющих поверхностную дефектоскопию; один ультразвуковой дефектоскоп, позволяющий выявлять пороки заготовок; управляющая вычислительная машина с системой обработки показаний приборов; краскоотметчики для разноцветной маркировки дефектных участков контролируемой поверхности. Скорость прохождения заготовок через приборы дефектоскопии 30 м/мин.
За помещением дефектоскопии установлен стенд абразивной зачистки 5 — подвесной наждачный станок с ручным прижимом абразивного круга и с механизированными кантовкой и зажимом заготовок при удалении дефектов. После дефектоскопии и зачистного стенда годные и бракованные с неисправимыми дефектами заготовки поступают на разгрузочные решетки 7, установленные в пролетах склада заготовок прокатного стана. Заготовки, требующие ремонта, транспортируются на разгрузочные решетки 6, которые находятся на промежуточном (перед зачисткой) складе заготовок.
|
|
|
3. Нагрев исходных материалов перед прокаткой
Нагрев исходных материалов (слитков и заготовок) перед прокаткой должен обеспечить высокую пластичность, наименьшее сопротивление деформации, высокое качество готового проката и получение необходимой структуры металла, повышение механических свойств проката, уменьшение чувствительности стали к флокенам. При нагреве благодаря диффузии происходит перераспределение и выравнивание состава (гомогенизация). Некоторые высоколегированные стали при нагреве претерпевают фазовые превращения, и они переходят из гетерогенных в гомогенные структуры. Некоторое выравнивание химического состава достигают увеличением продолжительности выдержки при температуре выдачи металла из печи, что частично заменяет процесс гомогенизации.
Чем выше температура нагрева, тем лучше, так как при этом уменьшается расход энергии при прокатке, увеличиваются обжатия и уменьшается число случаев поломки валков и других деталей стана. Однако высокая температура и неправильный режим нагрева могут вызвать значительное окалинообразование, обезуглероживание, вскрытие подкорковых пузырей, перегрев и пережог, ухудшающие качество металла или приводящие его к браку.
При нагреве исходных материалов в существующих нагревательных устройствах всегда происходит окисление металла — процесс химического взаимодействия окислительных печных газов с железом, примесями и легирующими компонентами с образованием на поверхности слитка или заготовки окалины. Наружный самый тонкий слой окалины состоит из Fе2O3, средний — из Fе3O4 и внутренний самый толстый слой — из FеО.
Образование окалины при нагреве является источником потерь годного металла. Угар металла при нормальной работе нагревательных устройств составляет 1 – 2 % (по массе) нагреваемого металла. Если учесть, что металл при прокатке от слитка до готового продукта нагревают несколько раз, то можно принять угар в среднем 3 – 4 % (по массе) нагреваемого металла. Кроме того, окалина при прокатке вдавливается в металл, что ухудшает качество поверхности, ускоряет износ валков, а также способствует образованию брака в результате вскрытия подкорковых пузырей. В связи с этим возникает необходимость удаления окалины с поверхности прокатываемой полосы. При горячей прокатке листовой стали на станах устанавливают специальные клети (окалиноломатели) для дробления окалины, которая затем сбивается водой высокого давления (гидросбивом). Окалину с поверхности горячекатаных рулонов перед холодной прокаткой удаляют травлением в растворе кислоты, чтобы она не вдавливалась при холодной прокатке, в результате чего уменьшается износ валков и обеспечивается чистота поверхности листовой стали, подвергающейся различным покрытиям.
|
|
|
На образование окалины влияют температура нагрева, продолжительность пребывания металла при высоких температурах, скорость нагрева, печная атмосфера, а также состояние окалины и свойства окислов легирующих компонентов. Образование окалины протекает более энергично при температурах выше 900 — 1000 °С. Скорость образования особенно велика при температуре выше 1250 °С (рис. 3, а), так как при ней начинается плавление окалины.
 |
а) б)
Рисунок 3. Влияние температуры в печи (а) и продолжительности нагрева (б) на окалинообразование
Окисление металла в печи тем больше, чем больше времени он находится в печи при высоких температурах (рис. 3, б). Угар тем меньше, чем больше скорость нагрева. Для уменьшения угара процесс горения газов должен протекать при наименьшем избытке воздуха и с наибольшей полнотой, причем давление в печи должно быть положительным. Так, при сокращении коэффициента избытка воздуха с 1,10 — 1,15 до 0,90 — 0,95 угар сокращается на 25 — 30 %. Увеличение при этом расхода топлива полностью компенсируется увеличением выхода годного металла, ибо стоимость металла, особенно легированного, выше стоимости топлива.
Уменьшение окалинообразования имеет место при нагреве легированных сталей, содержащих Cr, Ni, А1, Si и т. д. Эти легирующие компоненты образуют плотную пленку окислов, сильно прилипающую к металлу и препятствующую дальнейшему окислению. Жаростойкие и жаропрочные стали, имеющие в своем составе указанные элементы, почти не окисляются. На скорость окисления оказывает влияние состояние наружной поверхности металла. Металл, имеющий слой окалины, образовавшийся в результате предыдущего нагрева, окисляется c меньшей скоростью, так как образовавшийся слой окалины до известной степени предохраняет металл от окисления. Отношение поверхности нагреваемого металла к его объему оказывает также влияние на окисление металла. Это обстоятельство особенно следует учитывать при нагреве сутунки и листов, имеющих большую поверхность. Для уменьшения окалины их нагревают до более низких температур. Нагрев металла в электрических нагревательных устройствах сводит потери металла в окалину до минимума.
|
|
|
Наряду с окислением металла происходит и обезуглероживание поверхностного слоя, представляющее процесс химического взаимодействия печных газов с углеродом стали, находящимся в твердом растворе или в виде карбида железа Fе3С, в результате чего уменьшается содержание углерода в поверхностном слое металла. Глубина обезуглероженного слоя зависит от содержания углерода в стали, температуры и продолжительности нагрева. Углеродистые стали с содержанием углерода до 0,30 – 0,40 % почти не обезуглероживаются, а с содержанием углерода свыше 0,40 % процесс обезуглероживания протекает тем интенсивнее, чем больше содержание углерода. Повышение температуры и продолжительности нагрева также увеличивает глубину обезуглероженного слоя.
Следовательно, с явлением обезуглероживания приходится считаться при нагреве сталей с повышенным содержанием углерода (инструментальных и шарикоподшипниковых). В этом случае обезуглероживание делает сталь непригодной для изготовления режущего инструмента или шариков вследствие уменьшения твердости и других механических свойств. Из-за большой разности в коэффициентах расширения обезуглероженных и нормальных слоев в быстрорежущей стали иногда образуются трещины.
На процесс обезуглероживания влияют те же факторы, что и на окалинообразование. Установлено, что наиболее обезуглероживающей средой являются пары воды, затем углекислота и, наконец, водород. При высокой температуре и длительном нагреве обезуглероживание увеличивается.
Как уже указывалось, повышение температуры нагрева металла, как правило, благоприятно влияет на процесс прокатки, поэтому следует стремиться к повышению температуры нагрева и обработки. Однако при нагреве стали выше критической точки Ас3 происходит рост зерен, которые при известных условиях настолько укрупняются, что связь между ними ослабляется и механические свойства ухудшаются, вследствие чего при прокатке на металле образуются трещины и рванины. Такой случай на практике называют перегревом. Рванины и трещины образуются часто по углам слитка или заготовки, которые легче подвергаются перегреву.
Наряду с перегревом стали наблюдается и пережог. При температурах, близких к точке плавления составляющих стали, внутрь нее проникает кислород, который окисляет зерна. В результате связь между зернами стали настолько ослабляется, что металл при прокатке или другой обработке давлением разваливается на части. Пережог происходит тем легче, чем выше температура нагрева и чем более окислительная атмосфера в печи. Окислительные газы могут диффундировать в металл и при температурах ниже температуры плавления чистого металла или сплава. Однако практически при температуре ниже 1250 °С пережога не наблюдается. Чем выше содержание углерода в стали, тем при более низкой температуре происходит пережог. Из легированных сталей наиболее чувствительны к пережогу хромистые, никелевые и хромоникелевые стали. Явления перегрева и пережога чаще всего возможны при вынужденной задержке металла в печи. Во избежание перегрева и пережога в этих случаях понижают температуру печи и уменьшают количество подаваемого воздуха.
Температура нагрева для стали различных марок должна быть различной. Обычно для углеродистых и низколегированных сталей максимальную температуру нагрева устанавливают в соответствии с линией солидуса на диаграмме железо – углерод, так как наиболее опасное явление при нагреве металла (пережог) связано с началом его оплавления. Вследствие того, что наличие ликвирующих примесей, неметаллических включений и других признаков неоднородности способствует понижению температуры плавления, максимальную температуру нагрева для углеродистых и низколегированных сталей принимают на 100–150° ниже линии солидуса.
Что касается максимальной температуры нагрева легированных и высоколегированных сталей, то ее назначают часто опытным путем с учетом не только линии солидуса, но и ряда других факторов, оказывающих влияние на качество нагрева и структуру стали, особенно учитывая интенсивный рост зерен и пластичность при высоких температурах.
Минимальную температуру нагрева стали определяют допустимой температурой конца прокатки, которая должна быть несколько выше точки Аr3. При этом необходимо учитывать ее влияние на сопротивление деформации и усилие прокатки, а также другие факторы. Прокатка высоколегированных сталей и сплавов может производиться в весьма узком интервале температур. При прокатке таких сталей при температурах ниже допускаемой сопротивление деформации настолько высоко, что процесс прокатки практически невозможен. Прокатка сталей при температурах выше верхнего предела может привести вследствие значительного роста зерна к образованию дефектов (растрескиванию, трещинам). Нагрев инструментальных и конструкционных высокоуглеродистых сталей до температуры выше верхнего предела ведет к их значительному поверхностному обезуглероживанию.
При нагреве исходных материалов необходимо также учитывать теплопроводность стали. Особенно это относится к нагреву специальных сталей, так как они обладают пониженной теплопроводностью.
Следует отметить сравнительно низкую пластичность многих высокоуглеродистых и легированных сталей при температуре до 500 °С. В этом случае посад слитков и заготовок из таких сталей в печь с высокой температурой или нагрев их со слишком большими скоростями могут привести к образованию трещин в результате возникновения больших внутренних напряжений из-за большого перепада температур между поверхностными и внутренними слоями. Поэтому нагрев слитков и заготовок из стали с малой теплопроводностью и пластичностью следует вести медленно, особенно до температуры 600 – 650 0С, так как при низких температурах больше всего возникает опасность образования трещин. Установлено, что при нагреве до температур 600 – 700 0С появляющиеся термические напряжения суммируются с остаточными напряжениями, возникшими в слитке при охлаждении, а у легированных сталей при температурах 700 – 800 0С протекают структурные превращения, в результате чего образуются структурные напряжения, которые также суммируются с остаточными и температурными. Если знак этих напряжений совпадает, то они могут превысить предел прочности стали при данной температуре и привести к образованию трещин.
Особенно склонны к образованию трещин при нагреве хромомарганцовистые, хромокремнистые и другие легированные стали. При нагреве углеродистой инструментальной стали с содержанием углерода более 1,0%, высокомарганцевой, подшипниковой, быстрорежущей и других сталей наблюдается образование «скворечников» (сквозных трещин), причиной которых являются напряжения, возникающие при быстром нагреве слитков и блюмов.
При температуре нагрева выше 700 °С пластичность стали уже достаточно высокая, и поэтому все стали, можно нагревать с максимально возможной скоростью. Следует отметить что большая скорость нагрева обеспечивает не только высокую производительность нагревательных устройств, но и предотвращает образование некоторых дефектов. Например, при небольшой скорости нагрева увеличивается окисление и обезуглероживание металла, а нагрев высокоуглеродистых магнитных сталей при небольшой скорости не только способствует обезуглероживанию, но и понижает магнитные свойства. В нержавеющих сталях аустенитного класса при медленном нагреве интенсивно растут зерна, что способствует понижению пластичности и появлению трещин.
Важной задачей нагрева является обеспечение равномерного нагрева металла по всему сечению до заданной температуры. Неравномерный нагрев способствует получению свертышей при прокатке, образованию внутренних разрывов, увеличению износа прокатных валков и опасности поломки их, увеличению расхода энергии и т. д. Нагретый металл значительно легче деформируется, если он равномерно нагрет по всему сечению и длине.
|
|
|
