Правила выполнения лабораторных работ
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ ПРОКАТКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТОЛСТЫХ ЛИСТОВ Цель работы – изучение схем прокатки толстых листов, овладение методикой расчета режима обжатий для случая прокатки листа на одноклетьевом толстолистовом стане, приобретение навыков фабрикации листового раската, слябов (или слитков). Общие указания К толстолистовой стали относят листы толщиной 4-160 мм, шириной 800-3800 мм и длиной 2000-120000 мм. В некоторых случаях длина листов может быть 25000 мм, а ширина - 5000 мм. Толстые листы, в зависимости от их назначения, прокатывают из сталей различных марок. Прокатку толстолистовой стали осуществляют на непрерывных, полунепрерывных, двух - и одноклетьевых станах. Исходным продуктом для производства толстых листов служат слябы, полученные с обжимных станов (слябингов, блюмингов-слябингов) или с МНЛЗ, а также плоские слитки. В зависимости от типа прокатного стана, назначения листов, вида и размеров исходного продукта и некоторых других факторов выбирают последовательность расчета калибровочных данных, но во всех случаях обязательно решаются следующие задачи: 1. Фабрикация листового раската, то есть определение размеров готового листа в холодном состоянии с учетом кратности вырезаемых листов, проб, концевой и боковой обрези (рисунок 9.1). 2. Фабрикация сляба (или слитка), то есть определение размеров, формы и массы сляба (или слитка) с учетом потери металла на угар при нагреве в нагревательной печи. 3. Определение способа задачи раската по ходу прокатки. При производстве листов из слябов применяют различные схемы прокатки в зависимости от требований, предъявляемых к готовым листам, типа стана и соотношения между шириной сляба и листа. Однако определяющим при выборе схемы является ширина готового проката b'. Если ширина сляба B на угол - поперек-вдоль; • вдоль - поперек- вдоль; • поперек - вдоль. Если B=b', принимают схему прокатки вдоль (см. рисунок 9.2,г). Если длина сляба l равна ширине листа b', то принимают схему прокатки поперек (см. рисунок 9.2,д). 4. Определение значений обжатий по проходам с учетом температурно-скоростных и других условий прокатки. 5. Определение размеров раската каждого прохода. 1 – боковая обрезь; 2 – концевая обрезь; 3 – пробы для испытания; 4 – годный лист Рисунок 9.1 – Схема обрезки листа а – на угол- поперек- вдоль; б – вдоль- поперек- вдоль; в – попрек- вдоль; г – вдоль; д – поперек; х – поворот на 90 0 Рисунок 9.2. – Семы прокатки толстых листов из слябов На современном одно- и двухклетьевых станах одной из наиболее распространенных является схема (рисунок 9.2,б), применяемая при прокатке толстолистовой стали из слябов, ширина которых меньше ширины листовой стали. В этом случае процесс прокатки состоит из трех стадий. На первой стадии в четырех продольных проходах производится разрушение окалины и выравнивание толщины слябов, которая вследствие смятия концов при резке на ножницах неодинакова. Кроме того, прокатка сляба уменьшает сужение концов листа, которое будет тем меньше, чем больше вытяжка при прокатке сляба вдоль в первых проходах и чем больше ширина сляба. На второй стадии слябы прокатывают поперек для получения необходимой ширины b' листовой стали. Эту стадию процесса прокатки обычно называют разбивкой ширины листовой стали. На третьей стадии прокатки получают необходимую длину и толщину листа. Для этого раскат снова поворачивают на 900 и ведут прокатку вдоль. Ширина слитков, применяемых для прокатки листовой стали, всегда меньше ширины листов. Поэтому процесс прокатки толстолистовой стали из слитков также состоит из трех стадий: прокатки слитков вдоль для снятия конусности (выравнивание толщины по длине), прокатки поперек для получения необходимой ширины листовой стали и прокатки в продольном направлении для получения необходимой длины и толщины листовой стали. Методика расчета режима обжатий По данным размерам готового листа h, b, и l устанавливают его номинальную массу: G hbl n = γ , где γ – плотность металла (для свинца γ=11,3 кг/дм3). Определяют размеры необрезного (черного) листа и его массу: b'=(1,05-1,08); l'=(1,10-1,12); G'л =hb'l' γ. При горячей прокатке имеют место потери металла в результате образования печной окалины (угар металла). На листовых станах горячей прокатки угар металла составляет от 1 до 3%, в зависимости от типа нагревательного устройства. Это учитывают при выборе массы сляба. При прокатке свинцового листа при комнатной температуре масса необрезного листа равна массе сляба (угар металла отсутствует, а кратность реза принимают равной 1). Длину исходного сляба определяют по выражению L G HB сл n = ' / γ , (9.1) где Н и В – заданные толщина и ширина исходного сляба. В зависимости от соотношения ширины сляба и листа устанавливают порядок задачи раската в валки. Если ширина сляба меньше ширины готового листа, то прокат может идти по схемам, приведенным на рисунке 9.2,а,б,в или д (при L сл ≈b л ). При проведении данной лабораторной работы предусмотрена прокатка по схеме вдоль-поперек-вдоль. Устанавливают обжатия, допускаемые сначала в первых проходах, а затем и в последующих. При прокатке листов факторами, ограничивающими обжатия, могут быть условия захвата металла валками в первых пропусках, прочность валков и крутящий момент приводного двигателя - в последующих. Из условия прочности валков допускаемый угол захвата при продольной задаче в валки в первых проходах– BR P / P cx max np max = α , (9.2) а в последующих проходах: R b P / P ' p max np max = α , (9.3) где Р сл и Р р – средние нормальные контактные напряжения. На основании найденных допускаемых углов захвата определяют обжатие в первых (обычно двух) продольных проходах 2 R h α = Δ , (9.4) и толщину раската после первого h 1 , второго h 2 и остальных проходов: 2 1 2 1 0 1 h h h , h H h Δ − = Δ − = и т.д. После определения толщины раската устанавливают его длину после каждого прохода: l b h B HL h n сл 1 1 1 = = ' / / γ ; 2 сл 2 h / HL l = или 2 1 1 2 h / l h l = При расчете режима обжатий на толстолистовом стане уширением раската можно пренебречь. Длина раската после первых двух (четырех) продольных проходов ) l ( l 4 2 должна быть меньше длины бочки валков. Если l l 2 4 ( ) >L б , то необходимо произвести корректировку обжатий в первых двух (четырех) проходах, задавшись допустимой длиной раската после этих проходов l 2max (l 4max ) / ) l ( l 4 2 . Минимальная толщина раската после первых продольных проходов h 2min (h 4min ) составит: max ) 4 ( 2 сл min ) 4 ( 2 l / HL h = Суммарное обжатие в первых продольных проходах Δh H h c.np ( ) = − 2 4 распределяют между проходами: Δ Δ Δ h h h c.np = + 1 2 или Δ Δ Δ Δ Δ h h h h h c.np = + + + 1 2 3 4 После уточнения обжатия за каждый проход устанавливают размеры раската после каждого прохода: h 1 , b 1 , l 1 , h 2 , b 2 , l 2 и т.д. Далее производят расчет режима обжатий при задаче раската поперек. Устанавливают суммарный коэффициент обжатия (вытяжки) при разбивке ширины раската: ) 4 ( 2 ' n b / b = λ и толщину раската при достижении заданной ширины: n ) 4 ( 2 n / h h λ = Суммарное обжатие при прокатке листа поперек n ) 4 ( 2 n c h h h − = Δ Это обжатие должно быть распределено на несколько (n n ) проходов (n n - четное число). Допускаемый угол захвата при поперечной задаче в валки определяют из выражения R l P / P ) 4 ( 2 p max n max = α . (9.5) Установив по выражению (9.5) величину допускаемого за пропуск угла захвата, а затем обжатия Δh (9.4) при поперечной задаче раската, определяют необходимое число пропусков при разбивке ширины: h / h n n c n Δ Δ = Полученное число округляют (в сторону увеличения) до ближайшего четного, после чего для случая двух первых продольных проходов уточняют по пропускам h , h , h ( 5 4 3 Δ Δ Δ и т.д.) так, чтобы n 4 3 n 2 n c h h h h h h Δ + + Δ + Δ = − = Δ Ввиду уменьшения толщины раската по ходу прокатки при расчете рекомендуется предусмотреть условие n 4 3 h h h Δ > > Δ > Δ После уточнения обжатий устанавливают размеры раската после каждого прохода h b l 3 3 3 , , и т. д. Суммарное обжатие в последующих проходах h h h n c − = Δ Предельное обжатие за проход устанавливают по допускаемому углу захвата, найденному из выражения (9.3). В последнем и предпоследнем проходах обжатия уменьшают с целью получения листов с минимальной разнотолщинностью. Определяя обжатие и размеры раската после каждого прохода, доходят до конечной заданной толщины листа h таким образом, чтобы общее число последних продольных (и всех) проходов было нечетным. Материальное обеспечение 1. Лабораторные станы дуо с диаметрами валков 160 и 200 мм. 2. Штангенциркуль, линейка. 3. Образец из технического свинца в виде параллелепипеда с размерами 20х50х100 - 1 штука. Порядок проведения эксперимента По заданным размерам готового листа 3х80х360 мм и сляба рассчитать режим обжатий. Результаты расчетов занести в таблицу 9.1. Таблица 9.1 – Режим обжатий при прокатке листа размерами 3х80х360 мм Размеры раската, мм H h B b L l Номер прохода Направление прокатки Обжатие , мм λ α = Δh R 0 1 2 Вдоль Поперек Вдоль При прокатке листа на лабораторном стане, когда размеры опытного образца небольшие, найденные значения будут очень большими и выйдут за пределы реально применяемых, а принять α max из условий захвата во всех проходах будет также неправильно, т.к. условия захвата могут быть лимитирующим фактором при прокатке листов только в первых проходах. Поэтому при расчете режима обжатий на лабораторном стане условно принимают допустимое значение Р max =60 кН. Предельный угол захвата в первых проходах αmax.пр., определяемый условиями захвата металла валками, целесообразно принять равным 0,18 рад. (10,3 град.). При определении α max по формулам (9.2) и (9.3) нормальные контактные напряжения принимают ориентировочно: в первых проходах Р сл =20...30 Н/мм 2 и в последующих проходах Р р =40...60 Н/мм 2 На основании выполненных расчетов произвести прокатку листа заданных размеров. После каждого прохода измерить толщину, ширину и длину раската и данные занести в таблицу 9.1. До начала прокатки, после первых продольных проходов, разбивки ширины раската и окончания прокатки произвести обводку раската. Рекомендуется обводку раската производить карандашом разного цвета, накладывая раскат на предыдущие обводки (построение обводок облегчается, если на раскат нанести продольную ось). Полученный раскат разметить по размерам заданного листа (см. рисунок 9.1). Обработка результатов эксперимента На основании сопоставления опытных и расчетных данных сделать вывод о возможности сохранения рассчитанного режима обжатий или о необходимости корректирования его. Контрольные вопросы 1. Как определяется вытяжка полосы при прокатке? 2. В чем заключается закон постоянства объема? 3. В каких случаях прибегают к разбивке ширины листовой стали? Какие методы разбивки ширины листовой стали Вы знаете? 4. Какой параметр стана ограничивает длину сляба при разбивке ширины листовой стали? 5. Что служит исходным продуктом для производства толстых листов? 6. Назовите типовую последовательность расчета калибровочных данных при производстве толстолистовой стали. 7. Назовите схемы прокатки толстых листов из слябов. Охарактеризуйте каждую из этих схем. 8. Назовите схему производства толстых листов из слитков. 9. Укажите факторы, определяющие обжатия на толстолистовом стане. 10. От чего зависят допустимые углы захвата при горячей прокатке стали? 10 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРАВЛЕНИЯ ОТОЖЖЕННЫХ ПОЛОС Цель работы – изучение процесса травления горячекатаных полос и влияние концентрации растворов кислот на скорость травления. Общие сведения После горячей прокатки на поверхности полосы образуется окалина толщиной 0,1...0,15 мм, которая по структуре и твердости отличается от остального металла и может вызвать дефекты на поверхности полос при холодной прокатке. Для ее удаления используют химический, электрохимический и механический (бескислотный) способы. Наибольшее применение нашел химический способ удаления окалины в растворах кислот, который называется травлением. Окалина - результат окисления горячего металла кислородом, содержащимся в окружающем воздухе. Структура и толщина слоя окалины на горячекатаной полосе зависят от продолжительности ее пребывания на рольганге после горячей прокатки, температуры конца прокатки и смотки в рулон, массы рулона и режима его охлаждения. С увеличением продолжительности пребывания полосы на рольганге и температуры прокатки толщина слоя окалины увеличивается по параболическому закону. При температуре конца прокатки 600...8000С на полосе образуется слой окалины преимущественно из легкотравимого вюстита FeO. С повышением температуры с 860 до 9300С толщина слоя окалины увеличивается с 75 до 150 мм при одновременном увеличении в окалине доли Fe2O3(гематит) и Fe3O4(магнетит), которые являются труднорастворимыми составляющими окалины. Для получения легкорастворимой окалины оптимальной температурой смотки полосы в рулон является температура не более 6000. Травление осуществляют в непрерывных травильных агрегатах (НТА) со скоростью 100…120 м/мин для серно-кислотного травления и до 360 м/мин для соляно-кислотного травления. Линия НТА содержит машины для размотки, сварки и накопления полосы, для механической ломки окалины, травильные винты, ванны холодной промывки, нейтрализации в 2%–ном растворе NaOH, горячей промывки и оборудование для промасливания, порезки и смотки полос в рулоны. Общая длина НТА достигает 290...350 м, из которых 120...125 м занимают непосредственно травильные ванны. Механическая ломка окалины перед травлением значительно сокращает его продолжительность. Кислота через трещины, образовавшиеся при этом в слоях окалины, свободно достигает вюстита, прилегающего к железной основе и растворяет предпочтительно этот слой. Выделяющийся при растворении металлического железа водород способствует отрыву и удалению расположенных выше слоев Fe3O4 и Fe2O3. Реакции взаимодействия FeO и Fe с кислотами протекают следующим образом: в серной кислоте– FeO+H2SO4=FeSO4+H2O, Fe+H2SO4=FeSO4+H2; в соляной кислоте– FeO+2HCl=FeCl2+H2O, Fe+2HCl=FeCl2+H2. При травлении в этих растворах частично растворяются Fe2O3 иFe3O4. Интенсификацию травления полосовой углеродистой стали осуществляют по следующим направлениям: • применение устройств для механической ломки окалины; • подогрев полосы перед входом на участок травления; • изменение состава и параметров травильных растворов; • изменение конструкции травильных ванн. Для механической ломки окалины в непрерывных травильных агрегатах применяют окалиноломатели, изгибно-растяжные машины, дрессировочные станы. Дрессировку полосы осуществляют с обжатием 0,5...2%, достаточным для взламывания окалины. Наиболее эффективное дробление окалины происходит в изгибно-растяжных машинах при многократном изгибе во время прохождения между роликами. При механическом взламывании может удаляться 40-50% окалины. Полосы перед травлением подогревают до температуры травильного раствора в ваннах с горячей водой, в 2-3%–ных растворах кислоты или в печах с газовым подогревом. Один из способов интенсификации травления - применение растворов соляной кислоты вместо серной. При концентрации кислот в растворах в пределах 20% время травления в растворе соляной кислоты при температуре 800С в 2,5 раза ниже, чем в растворе серной кислоты. В практических условиях оптимальное содержание серной кислоты в растворе составляет 20...30%, а температура раствора 85-950С; оптимальное содержание соляной кислоты в растворе – 18…25%. В отличие от серной соляная кислота растворяет саму окалину и мало взаимодействует с металлом. Для снижения потерь металла в раствор добавляют ингибиторы, покрывающие поверхность металла тонким защитным слоем, препятствующим его контакту с кислотой. Недостатком использования соляной кислоты является ее высокая летучесть. Поэтому применение соляно–кислотного травления требует тщательной герметизации травящих и промывочных ванн НТА, гуммировки трубопроводов, емкостей для хранения и перевозки. В последнее время применяется технология травления в мелких плоских ваннах, высота которых в 8-10 раз меньше существующих. Основное различие между глубокой (высота 2 м) и мелкой ваннами состоит в том, что в мелкой ванне полоса скользит на гидродинамической подушке вблизи дна за счет увлечения травильного раствора полосой и подпора циркуляционным насосом. Благодаря высокой скорости полосы (до 6 м/с) и малому объему ванн кислота хорошо перемешивается, что обеспечивает качественное травление. Обслуживание мелких ванн значительно легче и безопаснее, чем глубоких, в частности для ликвидации обрывов полосы. Материальное обеспечение 1. Ванночки с растворами серной кислоты и с водой. 2. Стальные отожженные образцы с окалиной. 3. Часы. Порядок проведения эксперимента Взять три образца, один из них с небольшим обжатием прокатать в клети дуо, второй вручную изогнуть знакомепеременным изгибом ,имитируя процесс в правильной машине, третий образец не деформировать. Погрузить образцы в ванну с 26 %-ми серной кислоты и зафиксировать время травления. Протравленные образцы промыть в воде. Аналогичный опыт провести для травления в 19%–ном растворе серной кислоты. Результаты замеров времени занести в таблицу 10.1. Таблица 10.1 – Время травления образцов Образец Раствор Недеформированный Прокатанный Со знакомепеременным изгибом По результатам опытов сделать вывод об эффективности травления образцов с предварительной ломкой окалины и без нее в растворах различной концентрации. Контрольные вопросы 1. Укажите причины возникновения окалины и необходимость ее удаления. 2. Назовите химический состав и температуру возникновения составляющих окалины. 3. Запишите реакции травления в серной и соляной кислотах. 4. Назовите направления интенсификации процесса травления. 5. Какие виды механической ломки окалины используют в непрерывных травильных агрегатах? 6. Почему механическая ломка окалины способствует процессу травления? 7. Укажите преимущества и недостатки травления в растворе соляной кислоты. 8. Назовите особенности процесса травления в малых ваннах. 9. Охарактеризуйте способы удавления окалины. 10. Как влияет температура прокатки и время пребывания на рольгангах на величину слоя окалины? |