Правила выполнения лабораторных работ
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
ПРОКАТКА КВАДРАТНЫХ И КРУГЛЫХ ПРОФИЛЕЙ Цель работы – изучение характера деформации металла при прокатке в вытяжных калибрах систем ромб-квадрат и овал-квадрат, определение вытяжки, обжатия и уширения по проходам. Общие сведения Прокаткой получают простые и фасонные профили самых различных сечений и размеров. Прокатка тонких и толстых листов производится на станах с гладкими рабочими валками. Прокатка простых и фасонных профилей осуществляется на станах с калиброванными валками. Задачи калибровки профиля включают: • определение наиболее рациональной формы раската в каждом переходном сечении; • определение минимального числа проходов, за которое можно получить готовый профиль с учетом оптимальной нагрузки оборудования, т.е. обеспечения максимальных вытяжек за проход; • обеспечение заданного температурного режима, чтобы снижение температуры было минимальным, а ее распределение по сечению – равномерным; • выбор формы калибров, обеспечивающих минимальную энергию деформации, чтобы раскат не защемлялся и свободно выходил из калибра; • обеспечение простоты настройки прокатных клетей, минимизацию простоев стана, повышение его производительности; • рациональную калибровку бочки прокатных валков, т.е. наиболее целесообразное расположение калибров по длине бочки валков. В валках путем обточки на вальцетокарном станке выполняются вырезы-ручьи. В каждой совместно работающей паре валков ручьи, расположенные один над другим, составляют калибр. Основными задачами калибровки валков являются установление последовательных форм поперечного сечения, определение их размеров после каждого пропуска, размеров калибров и их расположения в валках. При прокатке простых сортовых профилей (квадрат, круг, прямоугольник и т.д.) применяют различные системы калибровки, то есть различные сочетания форм калибров. Выбранная система калибровка должны обеспечить наиболее быстрое уменьшение поперечного сечения прокатываемой полосы, то есть дать возможность получить максимально возможные вытяжки. Чем больше вытяжка, тем выше производительность стана. Коэффициент вытяжки λ при прокатке определяется как отношение площади поперечного сечения полосы до прокатки F 0 к площади поперечного сечения после прокатки F 1 или как отношение длины полосы после прокатки L 1 к длине полосы до прокатки L 0 : L / L F / F 0 1 1 0 = = λ (7.1) Отношение площадей поперечного сечения полосы до и после данного пропуска, то есть вытяжку в данном пропуске называют частной. Суммарная вытяжка на весь процесс равна произведению частных вытяжек: n 3 2 1 λ λ λ λ = λ Σ . (7.2) При прокатке профиля в несколько пропусков можно определить среднюю вытяжку за пропуск: n n 0 n cp F / F = λ = λ Σ . (7.3) Зная среднюю и суммарную вытяжку, можно определить число пропусков: cp lg / lg n λ λ = Σ . (7.4) Рассмотрим калибровки при прокатке квадратного сечения. Для этого можно использовать систему ящичных калибров системы ромб-квадрат и овал-квадрат. Систему калибров ромб-квадрат применяют в качестве вытяжной(обжимной), а также для получения чистового квадратного профиля. Данная система используется на непрерывно-заготовочных станах и станах окончательной приставки. Преимущества системы калибров ромб-квадрат: • возможно получение геометрически точных квадратов с правильно выполненными углами; • наличие промежуточных квадратов обеспечивает возможность прокатки чистовых квадратов и заготовок нескольких размеров; • имеется возможность получения в одном квадратном калибре нескольких смежных размеров путем различной установки верхнего валка; • возможно достижение значительных вытяжек; • имеет место относительная равномерность деформации по ширине калибра; • форма калибров предупреждает образование трещин и рванин на краях деформируемой полосы. Недостатки системы калибров ромб-квадрат: • по сравнению с равновеликими ящичными калибрами ромбические и квадратные калибры имеют более глубокий врез в валки, что ведет к ослаблению их бочек; • значительная разница в катающих диаметрах по ширине калибра (а следовательно, и в окружных скоростях) вызывает дополнительное трение и более быстрый его износ; • металл обжимается в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в силу чего происходит подстывание острых углов и образование дефектов в этом месте. Указанные преимущества и недостатки системы ромб-квадрат определяют возможность применения данной системы на сортовых и обжимных станах. Наиболее часто система ромб-квадрат применяется в сочетании с ящичными калибрами или с калибрами системы овал-квадрат. Метод построения калибров по системе ромб-квадрат заключается в выборе ширины последующего калибра более высоты предыдущего на величину уширения, то есть ширина ромба берется больше диагонали поступающего в него квадрата, а высота его - меньше диагонали последующего квадрата на величину уширения в этих калибрах. В практических калибрах вытяжка в системах ромб-квадрат колеблется в зависимости от стороны квадрата в пределах 1,3-1,6; в черновых калибрах – от 1,25-1,45. Если промежуточные квадратные калибры используют в качестве чистовых для выпуска готового продукта, то величина вытяжки определяется размерами промежуточных квадратов. При выборе вытяжек между ромбом и квадратом коэффициент формы калибра равен единице, а сравнительно наибольшие вытяжки, применяемые в этих системах, простота настройки позволяют в целях упрощения расчетов во многих случаях считать, что вытяжки в первом и втором пропусках любой пары калибров (пары ромб-квадрат) равны. Систему калибров овал-квадрат наиболее часто применяют при прокатке проволоки и мелкосортной стали. Эта система применяется после того, как размеры полосы уменьшатся до 75...50 мм. Система калибров овал-квадрат позволяет в минимальное число пропусков уменьшить площадь поперечного сечения полосы до требуемых размеров. Преимущества системы калибров овал-квадрат: • система позволяет получать большие вытяжки (в овале– до 2,0;в квадрате– до 1,8), что сокращает число пропусков, уменьшает расход энергии и валков (благодаря более высокой температуре прокатки), число клетей и число рабочих, занятых на стане; • в отличие от системы прямоугольных калибров, ромб-квадрат и ромб-ромб, применение овальных калибров обеспечивает обновление углов полосы; • в силу чередования кантовок на 90 и 450 полоса обжимается не в двух направлениях, а в четырех, что улучшает структуру металла и повышает его качество; • врез овальных калибров в валки незначителен, что способствует повышению их прочности. Недостатки системы калибров овал-квадрат: • неравномерность деформации металла по ширине овальных и квадратных калибров приводит к увеличению напряжений в металле и износу валков; • вытяжки в овальном и квадратном калибрах сильно отличаются между собой, поэтому непрерывные черновые группы проволочных и мелкосортных станов, рассчитанные на применение этих калибров, с трудом могут быть использованы для других систем калибров; различные вытяжки в овальном и квадратном калибрах приводят к неравномерному износу валков (овальный калибр изнашивается быстрее квадратного), что создает дополнительные трудности при эксплуатации стана. Изучаемая в данной работе система вытяжных калибров овал-квадрат предназначена для прокатки круглой стали. Овальные калибры выполнены пересечением двух дуг, проведенных равными радиусами, при этом во избежание переполнения калибр выполнен с некоторым запасом ширины. Такой метод калибровки позволяет несколько уменьшить неравномерность деформации по ширине в овале и лучше сохранять высокую температуру. В практических калибровках вытяжка в системах овал-квадрат колеблется в пределах 1,3-2, при этом вытяжки между овалом и квадратом распределяются неравномерно: большую вытяжку дают в овальном калибре, меньшую - в квадратном. Материальное обеспечение 1 Лабораторный прокатный стан дуо 200х250 с комплектом калиброванных валков (рисунок 7.1). 2 Свинцовый образец h x b x l = 20 x 20 x 150 мм – 2 шт. 3 Штангенциркуль, щуп. Порядок проведения экспериментов Измерить диагональ b K0 , сторону a 0 квадратной заготовки и построить валки стана согласно схеме, предусмотренной на рисунке 7.1. При правильной настройке валков из калибров 2 и 4 должны выходить соответственно квадрат со стороной 17 мм и круг диаметром 16 мм. Образец прокатать в системах калибров ромб-квадрат, а затем овал- круг. После прокатки исходной заготовки в ромбическом калибре необходимо измерить h p b p (рисунок 7.2), а затем расчетным путем определить: ширину и высоту ромба без учета закруглений, приняв r=1,0 мм: ) 1 ) h / b ( 1 ( r 2 b b 2 p p p 1 − + + = , ) 1 ) b / h ( 1 ( r 2 h h 2 p p p 1 − + + = ; площадь ромба 2 / h b F 1 1 p = ; площадь исходной квадратной заготовки F K0 = 2 0 a ; коэффициент вытяжки 1 1 2 0 p 0 K p h b / a 2 F / F = = λ Для определения обжатия и уширения в ромбическом калибре методом приведенной полосы площади ромба и поступающего в него квадрата заменяются равновеликими по площади прямоугольниками, имеющими ту же ширину, что и калибр. Таким образом определяется: средняя высота исходной квадратной заготовки 0 K 2 0 cp b / a H = ; средняя высота ромба p p cp b / F h = ; обжатие в ромбическом калибре p p 0 K 2 0 cp cp p b / F b / a h H h − = − = Δ ; относительное обжатие cp p p H / h Δ = ε ; уширение в ромбическом калибре 0 K p p b b b − = Δ После прокатки ромбической полосы в квадратном калибре необходимо измерить K K 1 b , h , a и рассчитать: площадь квадрата 2 1 1 K a F = ; коэффициент вытяжки 2 1 p p 1 K p K a 2 / h b F / F = = λ ; среднюю высоту ромбической заготовки p p cp h / F H = ; среднюю высоту квадрата 1 K 2 1 cp b / a h = ; обжатие в квадратном калибре 1 K 2 1 p p cp cp K b / a h / F h H h − = − = Δ ; относительное обжатие cp K H / h Δ = ε ; уширение в квадратном калибре p 1 K K h b b − Δ После прокатки заготовки в овальном калибре необходимо измерить b 0 , h 0 , m (рисунок 7.3), а затем расчетным путем определить: площадь овала 3 / h b ) 2 h / m ( F 0 0 0 0 + = ; радиус овала ( ) [ ] ( ) m h 4 / m h b R 0 2 0 2 0 − − + = ; коэффициент вытяжки 0 1 K F / F = λ ; среднюю высоту овала 0 0 cp b / F h = ; Рисунок 7.1 – Калибровка валков стана дуо 200 Рис унок 7.2 – Параметры ромбического и квадратного калибров Рисунок 7.3 – Параметры овального и круглого калибров обжатие в овальном калибре 0 0 1 cp 1 0 b / F a h a h − = − = Δ ; относительное обжатие 1 0 a / h Δ = ε ; уширение в овальном калибре 1 0 0 a b b − = Δ После прокатки овальной полосы в круглом калибре необходимо измерить диаметр круга d и рассчитать: площадь круга F KP ; коэффициент вытяжки KP 0 KP F / F = λ ; среднюю высоту круга d / F h KP cp = ; среднюю высоту овальной заготовки 0 0 cp h / F H = ; обжатие в круглом калибре d / F h / F h H h KP 0 0 cp cp KP − = − = Δ ; относительное обжатие cp KP H / h Δ = ε ; уширение в круглом калибре 0 KP h d b − = Δ Обработка результатов экспериментов Результаты измерений после каждого пропуска и расчетные данные занести в таблицу 7.1. Построить графики изменения коэффициентов вытяжки и относительных обжатий по пропускам. Определить суммарную вытяжку. Таблица 7.1 – Экспериментальные и расчетные данные прокатки в калибрах Калибр a,d, мм b, мм h, мм n, мм R, мм F1, мм λ H cp , мм h cp , мм Δh, мм Δb, мм ε λ Σ Ромб- квадрат Овал Круг Контрольные вопросы 1. Дать определение ручью, калибру. 2. Указать основные задачи калибровки валов. 3. Как определить коэффициенты частной и суммарной вытяжек? 4. Как определить среднюю вытяжку за пропуск? 5. Как определить число пропусков, зная среднюю и суммарную вытяжки? 6. В наших случаях применяют систему калибров ромб-квадрат, на каких станах ее используют? 7. Преимущества и недостатки системы калибров ромб-квадрат. 8. В наших случаях применяют систему калибров овал-квадрат. На каких станах? 9. Преимущества и недостатки системы калибров овал-квадрат. 10. Как определить обжатие и уширение методом приведенной полосы? В чем сущность метода? 8 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СПОСОБА ПРОКАТКИ СЛИТКОВ НА КОЭФФИЦИЕНТ МАШИННОГО ВРЕМЕНИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ СТАНА Цель работы - выяснение влияния способа прокатки слитков (по одному, парами или по три) на коэффициент машинного времени и производительность стана; овладение методикой расчета режима обжатий при прокатке слябов. Общие указания Под коэффициентом машинного времени одноклетьевого обжимного стана k m понимают отношение машинного времени проходов τ м к ритму прокатки Т: T / k M m τ = , (8.1) где • M T τ + τ = ; τ п - время пауз. При прокатке слитков на реверсивных блюмингах и слябингах в клети прокатного стана выполняют несколько проходов в соответствии с рассчитанными режимами обжатий, паузы между которыми используют на установку верхнего валка, реверсирование двигателей, кантовку раската, передачу его из калибра в калибр. Чем короче раскат, тем меньше продолжительность прохода, тем большую долю в ритме прокатки составляют паузы. С целью повышения производительности стана иногда на блюмингах и слябингах ведут прокатку двух или трех слитков одновременно, если мощности приводных двигателей и механическое оборудование стана позволяют осуществить такую технологию. В этом случае за счет снижения доли времени пауз в ритме прокатки возрастает коэффициент машинного времени, а следовательно, производительность стана. Методика расчета режима обжатий при прокатке слябов При прокатке на блюминге широких слябов лимитирующим фактором в большинстве случаев является мощность двигателя, и поэтому в основу расчета режима обжатий принимается максимальное обжатие, определяемое по допустимому моменту двигателя. Порядок расчета в этом случае следующий: 1 Определяют наибольший допустимый момент с учетом мощности двигателя по уравнению M N M M М т д а хх max р , = − − − 2 5 η ω , где 2,5 – коэффициент перегрузки; N – мощность двигателя; η – механический к.п.д. стана (0,94-0,98 – без шестеренной клети и 0,86-0,93 с шестеренной клетью); ω – угловая скорость, с-1; M д а – динамический момент при прокатке с уширением, Нм; М тр - момент для преодоления сил трения в опорах валков, Нм; М х.х момент холостого хода, Нм. 2 По наибольшему моменту прокатки и значению среднего контактного напряжения рср определяют величину максимального обжатия: M P l p b R h п cp р max = = 2 2 ψ ψ Δ , откуда R b р 2 M h cp р • max ψ = Δ На основании экспериментальных данных можно принять, что при прокатке на блюминге и слябинге коэффициент плеча равнодействующей сил ψ=0,5. 3 Вычисляют среднее обжатие max cp h ) 9 , 0 8 , 0 ( h Δ − = Δ 4 Определяют число проходов "плашмя": n h h h K cp = − ( ) / 0 Δ , где h0 – высота слитка, мм; h K – высота сляба, мм. 5 Определяют число ребровых проходов. В зависимости от разности ширины слитка и ширины сляба вначале назначают 2-4 ребровых прохода. В дальнейшем для снятия уширения назначают еще 1-2 ребровых прохода и один ребровый проход перед последним проходом. В некоторых случаях, если позволяет качество поверхности металла, вначале производят прокатку плашмя (8-14 проходов), затем раскат кантуют и прокатывают на ребро для получения нужной ширины, потом прокатывают плашмя и за 1-2 прохода до конца прокатки снова прокатывают на ребро (1-2 прохода) для получения окончательного размера по ширине. В последних одном или двух проходах раскат прокатывают плашмя. Если суммарное обжатие в ребровых проходах невелико (100-250 мм), то ребровые проходы назначают только перед окончанием прокатки. Такой метод прокатки позволяет уменьшить число ребровых проходов и, следовательно, увеличить производительность блюминга. Уменьшение числа ребровых проходов осуществляется за счет исключения первых ребровых проходов и более интенсивного обжатия металла в ребровых проходах. 6 Составляют режим обжатия. При составлении режима обжатия нужно учитывать конусность слитка и пониженный коэффициент трения при наличии печной окалины в первых проходах. Для облегчения работы оператора стана толщину раската после прохода рекомендуют предусматривать кратной 5 или 10 мм, что и учитывают при составлении схемы обжатий. При расчете режима обжатий для лабораторного стана конечную толщину раската принимают кратной 0,5 мм. 7 Конструируют калибры и размещают их на валках. При прокатке слябов выгодно, с точки зрения экономии времени, гладкую бочку размещать по середине валка, а калибры для прокатки на ребро - слева и справа от нее. 8 Осуществляют оценку принятого режима обжатий по возможности захвата металла валками и прочности валков. При прокатке плашмя угол контакта не должен превышать 240, а при прокатке на ребро– 280. Процесс прокатки слябов на слябинге проще, чем на блюминге. Наличие вертикальных валков на слябинге позволяет получить сляб нужной ширины без кантовки полосы и ее прокатки на ребро. Поскольку лимитирующим фактором при прокатке широких слябов на слябингах является мощность двигателя, то метод расчета режима обжатий такой же, как и для прокатки широких слябов на блюминге. Обжатие вертикальными валками ограничивается прочностью этих валков и деталей их привода. Если вертикальные валки установлены перед клетью с горизонтальными валками, то их необходимо перемещать только перед нечетными проходами. В четных проходах в вертикальных валках только снимают уширение, полученное за два прохода в горизонтальных валках. При определении величины максимального обжатия значение Рср в лабораторной работе принимают ориентировочно равным 30-50 Н/мм2. Материальное обеспечение 1 Лабораторные станы дуо с диаметрами валков 160 и 200 мм. 2 Штангенциркуль, секундомер, тахометр. 3 Образец из технического свинца в виде параллелепипеда с размерами 20х30х100 - 6 штук. Порядок проведения эксперимента По рассчитанной схеме обжатий произвести прокатку заготовки тремя способами: 1. Прокатать одну заготовку от первого до последнего прохода. 2. Прокатать сразу две заготовки, задавая их в валки последовательно одна за другой. 3. Аналогично прокатать три заготовки. Секундомер включать в момент начала прохода и выключать в момент выхода раската из валков. При одновременной прокатке двух или трех слитков секундомер включать в момент задачи в валки первого раската и выключать, когда валки покидают последний раскат. Пользуясь показаниями секундомера τ хр , можно установить средний цикл прокатки: ∑ = τ + τ = n 1 i c‘ 0 xp n / ) ( T , где n сл – число одновременно прокатываемых слитков; τ 0 – средняя пауза между прокаткой слитков или пар (троек) слитков, принимаемая равной 3 с. Для установления продолжительности машинного времени проходов определяют длину раската l в каждом проходе: 0 l l λ = , где l 0 – длина раската перед пропуском; λ – коэффициент вытяжки в данном проходе. По результатам расчетов устанавливают сумму длин по проходам: n 3 2 1 n 1 i l l l l l + + + = ∑ = и общую продолжительность машинного времени пропусков: τ M i n l Vb = = ∑ / 1 , где Vb – скорость прокатки, принимаемая равной окружной скорости валков, V D n b K b = π / 60 , где DK – катающий диаметр валков; n – число оборотов валков в минуту. Зная продолжительность машинного времени пропусков τ м и ритм прокатки Т, устанавливают коэффициент машинного времени k m по выражению (8.1) для каждого варианта прокатки. Обработка результатов эксперимента Все расчетные и опытные данные занести в таблицы 8.1 и 8.2. Имея в виду, что часовую производительность стана А (штук) (слитков, полос) определяют по выражению А=3600/Т, установить ее для каждого варианта прокатки в процентах, принимая за 100 процентов производительность стана при прокатке заготовок по одной штуке (А1=100%): 2 1 1 2 T / A T A = или 2 1 2 T / T 100 A = ; 3 1 1 3 T / A T A = или 3 1 2 T / T 100 A = где А2 и А3 – соответственно производительность стана при одновременной прокатке двух и трех слитков по отношению к производительности при прокатке одиночных слитков, %. Таблица 8.1 – Режим прокатки опытных образцов Номер Расчетные значения Опытные значения прохода Н, мм h, мм Δh, мм H, мм h, мм Δh, мм B, Мм b, мм λ Таблица 8.2 – Определение производительности стана при разных способах прокатки слитков Число одно- временно прокатываемых слитков nсл, l i n = ∑ 1 мм τм, с τхр, с Т, С km A, % 1 100 2 3 По полученным опытным данным сделать выводы о влиянии способа прокатки слитков на производительность стана. Контрольные вопросы 1. Дайте определение коэффициента машинного времени обжимного стана. 2. Каковы сущность многослитковой прокатки и условия ее реализации? 3. Укажите порядок расчета обжатия по допустимому моменту двигателя. 4. Укажите принцип назначения ребровых проходов. 5. Укажите факторы, лимитирующие обжатие при прокатке широких слябов. 6. Укажите особенность назначения обжатий в первых проходах при прокатке слитка. 7. Укажите порядок работы нажимных механизмов вертикальных валков слябинга. 8. Как определить длину раската после прохода? 9. Как определить продолжительность машинного времени? 10. Как определить часовую производительность обжимного стана? |