 |
Нагрев металла перед прокаткой
|
|
|
|
В технологическом процессе прокатного производства исключительно большую роль играет нагрев металла, особенно высоколегированных, легированных и высокоуглеродистых сталей перед прокаткой. Нагрев металла в пламенных печах и колодцах прокатных цехов занимает свыше 99% времени всего цикла производства проката (без учета охлаждения металла и его адъюстажной отделки).
От нагрева металла в большой степени зависит качество готовой продукции, производительность прокатных станов, расход энергии и другие показатели работы прокатных цехов. Правильно выбранная технология нагрева металла в сочетании с правильным режимом его пластической деформации и охлаждения может в значительной степени локализовать отдельные дефекты литой стали, улучшить все характеристики готового сорта, и, наоборот, неудачно выбранная технология нагрева может привести к образованию новых пороков и получению окончательного брака.
Нагрев металла перед прокаткой должен обеспечить повышение его пластичности, снижение сопротивления деформации при прокатке и улучшение физико-механических и физико-химических свойств стали, как например, растворение карбидов при нагреве слитков шарикоподшипниковой стали, снижение флокенообразования флокеночувствительных легированных сталей и т. д.
Правильное определение температуры нагрева является чрезвычайно ответственной задачей. Практически температуру нагрева металла устанавливают, исходя из специфических особенностей работы того или иного завода. При этом принято ориентировочно считать, что температура нагрева металла должна быть на 150° - 250° ниже температуры плавления и на 100° - 120° ниже температуры пережога.
|
|
|
Для сталей большинства марок диапазон температур нагрева колеблется в пределах 1050°- 1300°.
При установлении температурного режима нагрева металла необходимо учитывать также температурный интервал прокатки, который оказывает большое влияние на производительность прокатного стана, качество готовой продукции и выход годного.
При определении температурного интервала прокатки учитывается пластичность, и сопротивление стали деформации при различных температурах, а также требования к структуре металла. Обычно стремятся, чтобы температурный интервал прокатки соответствовал состоянию металла в области твердого раствора гамма-железа и заканчивался немного выше линии GS (на диаграмме железо - углерод). Для стали каждой марки характерен свой температурный интервал прокатки, обеспечивающий получение наилучших физико-механических свойств и структуры при оптимальных технико-экономических показателях работы стана.
Правильность установления температуры нагрева для стали данной марки может быть проверена экспериментально тремя способами. Первый способ обоснован на скручивании круглых образцов металла при различных температурах. Температура, при которой образец выдержит без разрушения наибольшее число скручиваний вокруг своей продольной оси, является оптимальной. Второй способ заключается в горячей осадке под молотом специально отлитых при разливке плавки проб в виде маленьких слиточков, размерами несколько больше маркировочных проб. Эти слиточки нагреваются до различных температур и ссаживаются под молотом в одинаковых условиях. Оптимальной является температура, при которой поверхность осаженных слиточков наиболее чистая.
Третий способ проверки правильности температуры - прокатка образцов на клин. Для этой цели отливаются несколько слитков квадратного сечения 35 мм * 35 мм или 45 мм* 45 мм, высотой 850 мм - 900 мм. От этих слитков отрезают образцы длиной 200 мм - 250 мм, которые нагревают до различных температур прокатки и прокатывают на клин в валках с переменным сечением или на обычных валках клиновых образцов. Осмотр образцов показывает, при какой температуре и обжатии получается наиболее чистая поверхность, что характеризует оптимальный режим.
|
|
|
При нагреве металла контролируются следующие показатели:
а) температура в каждой зоне нагревательного устройства в продолжение всего периода нагрева;
б) скорость нагрева в каждой зоне печи;
в) общая продолжительность нагрева;
г) газовая атмосфера печи (контролируется на содержание Н2; СО, СО2 и СH4 в продуктах горения с тем, чтобы предупредить интенсивное окисление и обезуглероживание металла);
д) расход газа и воздуха;
е) давление в печи (колодцах), нормальный уровень которого должен быть 5-6 атм;
ж) температура в борове печи (колодцах);
з) своевременность кантовки (в процессе нагрева металла, особенно легированных сталей, для равномерного прогрева слитков и заготовок систематически, через определенные промежутки времени, производится их кантовка).
При нагреве в одной ячейке или печи слитков или заготовок разного развеса, но стали одной марки, нагрев ведется по металлу меньшего развеса. При нагреве в одной ячейке слитков разных марок режим нагрева устанавливается по стали, требующей более медленного подъема температур и более низкой температуры выдачи.
На современных нагревательных устройствах регулировка режима нагрева и контроль могут осуществляться при помощи счетно-решающих машин и телевизионных установок.
При выдаче металла контролируется, прежде всего, температура нагрева, которая проверяется оптическим пирометром, фотоэлементом или другими приборами при выдаче металла из печи и в начале прокатки. Одновременно проверяется равномерность прогрева слитка по всей высоте (визуально и по поведению его в процессе прокатки) - неравномерно нагретые слиток или заготовка будут изгибаться при прокатке из-за неравномерной вытяжки. Проверяется также состояние поверхности металла (визуально) и поплавочная выдача металла из нагревательных устройств, соответствие которой с заданной схемой посадки контролируется согласно записям на печной доске и в печном журнале.
|
|
|
Данные контроля нагрева металла заносятся в специальную карточку в виде приложения к паспорту плавки, которая сопровождает плавки на всех последующих переделах в прокатном цехе.
Прокатка металла
Прокатка является одним из наиболее прогрессивных способов получения готовых металлоизделий и занимает ведущее положение среди существующих способов обработки металлов давлением.
Современные прокатные станы представляют собой механизированные сложные агрегаты с большой производительностью.
Рис. 1: Схема продольной прокатки Рис. 2: Схема поперечной прокатки
По способу прокатки все станы могут быть разделены на три большие группы: станы продольной прокатки, поперечной прокатки и косой прокатки.
Продольная прокатка основана на деформации металла валками, расположенными параллельно в одной плоскости и вращающимися в разные стороны; ось прокатки металла перпендикулярна большим осям валков (рис. 1).
Поперечная прокатка - это деформация металла двумя валками, вращающимися в одну сторону; ось прокатки параллельна большим осям валков (рис. 2).
Косая прокатка представляет собой деформацию металла двумя валками, расположенными под определенным углом друг к другу и вращающимися в одну сторону. При этом металл задается в валки вдоль их больших осей (рис. 3). Такое расположение валков придает металлу вращательное и поступательное движение.
Последние два способа прокатки предназначены для изготовления изделий в виде тел вращения (трубы, шары и т. д.).
Кроме способов прокатки, станы подразделяются:
1) по числу валков (дуо, трио, кварто и многовалковые);
2) по расположению рабочих клетей (линейные, непрерывные, полунепрерывные и т. д.).
Рис. 3 Схема косой прокатки
3) по назначению прокатываемой продукции (сортопрокатные, листовые, проволочные);
4) по вращению валков (реверсивные и нереверсивные).
Все поступающие на завод валки контролируются по геометрическим размерам, состоянию поверхности, твёрдости, химическому анализу и структуре (микро- и макро-). Итоги проверки заносятся в специальный журнал учёта и хранения валков.
|
|
|
За расточкой новых валков и переточкой бывших в употреблении устанавливается тщательный контроль в вальцетокарной.
Контролю подвергается:
а) соответствие геометрических размеров калибров, диаметра валков, буртов и других параметров данным чертежа;
б) состояние поверхности валков, на которых не должно быть царапин, рисок, подрезов и других дефектов;
а) качество шлифовки листовых валков (класс чистоты поверхности);
b) отсутствие эксцентричности (не должно быть биение валка);
c) комплектность и маркировка валков.
К арматуре стана относятся все сменные детали (коробки, линейки, брусья, пропуска, проводки и т.д.), применяющиеся для крепления, направления и удержания металла при прокатке в определенном положении. Кроме этого, в линейных станах для передачи полосы из одной клети в другую применяются еще обводные аппараты различных конструкций.
От настройки и состояния становой арматуры в очень большой степени зависит производительность стана и качество готовой продукции. Арматура должна обеспечить легкость задачи полосы в стан при одновременном удержании ее в определенном положении без колебаний и повреждений поверхности прокатываемого металла. С этой стороны хорошо зарекомендовала себя роликовая арматура - роликовые проводки, роликовые коробки и др.
Одним из основных условий высокой производительности прокатных станов и получения продукции высокого качества является правильная настройка стана.
Схема настройки стана зависит от его конструкции и выпускаемой продукции. В настройку всех станов входят следующие общие элементы:
1. Расчет режима обжатий по проходам.
2. Установка и закрепление валков. Валки всех станов, кроме станов косой прокатки, не должны иметь перекосов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. В калиброванных валках должно быть точное совмещение калибров, что проверяется по диагонали калибров нутромером.
3. Соединение валков шпинделями. При этом необходимо соблюдать заданные углы наклона. Всякий излишний перекос шпинделей ведет к усложнению работы стана и создает дополнительные трудности в его настройке.
4. Подбор и установка становой арматуры, которая должна точно соответствовать прокатываемому профилю и иметь чистую гладкую поверхность соприкосновения с прокатываемым металлом.
5. Установление скоростей прокатки.
6. Получение профиля заданных размеров и чистой поверхности, без закатов, волчков, рисок и других дефектов. Настройка стана на получение профиля производится на бракованном металле. При горячей сортовой прокатке пробы для проверки размеров отбираются с трех мест из передней, средней и задней части полосы с тем, чтобы учесть влияние разности температур по длине раската.
|
|
|
7. Проверка состояния подшипников. Подшипники должны быть правильно уложены (без перекосов), и выработка их не должна превышать допустимую. Возможную выработку подшипников в процессе прокатки следует учитывать. По данным С. Н. Филиппова, износ текстолитовых подшипников в чистовых клетях среднесортного стана равен 0,03 мм/час.
8. Подготовка и проверка мерительного инструмента (кронциркуля, шаблона, линейки и др.).
Как в процессе настройки, так и во время работы стана необходимо тщательно следить за температурой валков, малейшее нарушение режима охлаждения валков может привести к изменению размеров прокатанного металла.
После получения нужного профиля необходимо систематически контролировать вышеуказанные требования в процессе прокатки. На новых современных станах правильная настройка стана и контроль за его работой производится соответствующей аппаратурой: бесконтактными толщиномерами и ширине мерами и фотоэлементами для замера температур. Особенно эффективными являются счетно-решающие машины, автоматически регулирующие работу станов.
Процесс охлаждения металла после прокатки представляет собой чрезвычайно ответственную часть технологии прокатного производства. Особенно большую роль этот процесс играет для производства изделий из высоколегированных, легированных и высокоуглеродистых сталей. Неправильно выбранный процесс охлаждения или нарушение установленного может резко ухудшить качество выпускаемой продукции, вплоть до получения брака.
Контроль технологических операций охлаждения металла должен обеспечить строгое выполнение установленных инструкций и предупредить возможность образования брака, а также дать анализ причин ухудшения качества выпускаемой продукции и снижения выхода годного.
Контролю подвергается:
1) состояние колодцев (печей) на отсутствие подсоса воздуха, герметичность закрытия, правильность установки термопар, исправность измерительной аппаратуры;
2) температура колодцев для замедленного охлаждения и печей для изотермического отжига перед загрузкой в них металла; контроль температуры осуществляется посредством простых термопар со стационарными или переносными гальванометрами;
3) соответствие поступившего металла паспортным данным, проверяется клеймовка, количество штук;
4) температура металла перед загрузкой в колодцы или термические печи; до 800° замеряется оптическим пирометром, а при меньших температурах — радиационным пирометром типа РП с многослойной термобатареей;
5) время посадки металла в колодцы (печи);
6) порядок загрузки колодцев (печей); в журнал заносится перечень плавок, количество штанг и размещение их в колодцах;
7) температура металла в колодцах и печах в процессе охлаждения и изотермического отжига; контроль осуществляется посредством термопар, установленных в колодцах (печах) и фиксируется на потенциометре или гальванометре;
8) регулировка скорости охлаждения металла в колодцах;
9) длительность охлаждения металла в колодцах и изометрических печах;
10) общая продолжительность охлаждения металла;
11) температура металла при выгрузке из колодцев (печей). Замер температуры производится термопарами, радиационными пирометрами типа РП и термокарандашами (с температурным интервалом 200о-470о).
|
|
|
