Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОКАТКИ СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано при горячей прокатке сортовых профилей из стальных непрерывно-литых заготовок.

Известен способ горячей прокатки заготовок, включающий предварительное удаление печной окалины с поверхности заготовок гидросбивом, согласно которому окалину удаляют на участках регламентированной длины, которые чередуют с неочищенными от окалины участками, после чего производят прокатку заготовок [1].

Недостатки известного способа состоят в том, что готовые сортовые профили имеют дефекты в виде вкатанной окалины, что снижает качество их поверхности.

Известен также способ очистки нагретых слябов от печной окалины перед горячей прокаткой, согласно которому непосредственно после нагрева в печи осуществляют последовательный гидросбив окалины сначала с одной, а затем с противоположной поверхности сляба таким образом, чтобы два устройства гидросбива для уменьшения потери давления воды не работали одновременно [2].

Недостатки известного способа состоят в том, что он не позволяет полностью удалить окалину с поверхности непрерывно-литой заготовки, особенно из легированных сталей. Это снижает качество поверхности готовых сортовых профилей.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ прокатки сортовых профилей, включающий нагрев заготовок в печи, гидросбив окалины, многократное обжатие в черновой реверсивной клети с вытяжными калибрами по системе «ромб-квадрат», огневую зачистку поверхности и окончательную прокатку полос в непрерывных группах клетей [3].

Недостатки известного способа прокатки заключаются в том, что гидросбив не обеспечивает полного удаления окалины с поверхностей заготовок, особенно непрерывно-литых из легированных марок сталей, что снижает качество поверхности сортовых профилей. Дополнительное использование машины огневой зачистки увеличивает энергозатраты, расходный коэффициент металла и запыленность атмосферы цеха.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении качества поверхности сортовых профилей.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе прокатки сортовых профилей из непрерывно-литых заготовок, включающем их нагрев в печи, гидросбив окалины и многократное обжатие в черновых проходах с вытяжными калибрами по системе «ромб-квадрат», согласно изобретению, гидросбив осуществляют подачей плоских струй воды под давлением 20-30 ати на грани полос после обжатия в каждом черновом проходе с коэффициентом вытяжки 1,05-1,30, причем после первого прохода производят кантовку полос на угол 90°. При этом верхние по положению в печи грани полос подвергают действию гидросбива после обжатия в каждом черновом проходе, а плоские струи наклоняют под углом 75-80° к продольной оси полос. Кроме того, сопла располагают на расстоянии 100-200 мм от соответствующей плоской стороны полосы.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в следующем.

После нагрева непрерывно-литых квадратных заготовок на их поверхностях, помимо первичной окалины, образовавшейся в процессе непрерывной разливки, формируется также вторичная печная окалина. Прокатка полос в каждом из черновых проходов с вытяжными калибрами по системе «ромб-квадрат» с коэффициентом вытяжки 1,05-1,30 приводит к механическому разрушению и растрескиванию малопластичной окалины. Последующая подача плоских струй воды под давлением 20-30 ати на грани полос способствует проникновению воды в трещины и разрушению окалины от действия паровзрывного эффекта.

Следует отметить, что подача воды способствует охлаждению и охрупчиванию окалины. Это улучшает ее разрушение в последующем проходе.

Наклон плоских струй воды под углом 75-80° к продольной оси полос обеспечивает смыв окалины с очищаемых поверхностей после каждого прохода, что исключает попадание сбитой окалины в валки и ее вкатывание в поверхность полосы.

Сущность изобретения поясняется изображенной на чертеже последовательностью изменения профиля полосы по проходам и схемой подачи воды для гидросбива окалины. Латинскими буквами а, b, с и d обозначены соответствующие грани заготовки и полосы, а буквами k - коллекторы с соплами, формирующими плоские струи воды.

В процессе нагрева в печи толкательного типа непрерывно-литые квадратные заготовки лежат на нижних гранях d (профиль 1). Грани d меньше всего поражены окалиной, которая разрушается и отваливается вниз на подину при проталкивании заготовок вдоль печи. Боковые грани а и с взаимодействуют с боковыми гранями предыдущей и последующей заготовок, поэтому окалина с граней а и с в процессе нагрева не удаляется. Наиболее сильно поражена окалиной верхняя (по положению в печи) грань b, так как она интенсивно омывается и окисляется газовым потоком, а окалина с нее при транспортировании через печь не удаляется.

Нагретую заготовку перед 1-м проходом кантуют в положение «на ребро» (профиль 2) так, чтобы грани а и b находились в верхнем положении.

После 1-го прохода в ромбическом калибре с коэффициентом вытяжки 1,05-1,30 (профиль 3) достигается механическое нарушение сплошности и растрескивание окалины. Подаваемая в коллекторы k вода под давлением Р=20-30 ати вытекает из сопл плоскими струями, которые сбивают и смывают окалину. При этом гидросбиву подвергается наиболее сильно пораженная окалиной верхняя (по положению в нагревательной печи) грань b полосы, одна из ее боковых граней а и менее всего пораженная окалиной нижняя грань d.

После 1-го прохода и гидросбива заготовку кантуют на угол 90° (профиль 4). В этом положении заготовки осуществляют 2-й проход в валках с квадратными калибрами.

Во время 2-го прохода с коэффициентом вытяжки 1,05-1,30 полоса приобретает квадратный профиль (профиль 5), окалина повторно разрушается механически. После прохода ее удаляют гидросбивом с верхней (по положению в печи) грани b, а также с боковой грани с.

Как после третьего прохода в ромбическом калибре (профиль 6), так и четвертого в квадратном (профиль 7) калибре, проведенных с коэффициентами вытяжки 1,05-1,30, окалину подвергают гидросбиву с помощью плоских струй воды под давлением Р=20-30 ати, подаваемой на грани b и с полосы.

Таким образом, за четыре прохода верхняя (по положению в печи) грань b полосы подвергается действию струй гидросбива все четыре раза, нижняя сторона, наименее пораженная окалиной - один раз. Благодаря расположению сопл на расстоянии S=100-200 мм от соответствующей плоской стороны полосы создается кинетическая энергия струи, необходимая для сбива окалины, и исключается повреждение сопл при искривлении полосы или ее уходу с линии прокатки.

Таким образом, после четырех черновых проходов, сочетающих механическое разрушение окалины в валках и гидросбив, квадратная полоса полностью очищена даже от трудноудаляемой окалины, образующейся на шарикоподшипниковых, легированных, коррозионностойких, углеродистых сталях, благодаря чему достигается повышение качества поверхности сортовых профилей.

Экспериментально установлено, при коэффициенте вытяжки менее 1,05 не достигается эффективное взламывание и растрескивание окалины на гранях полосы. Увеличение коэффициента вытяжки более 1,30 не исключает вкатывания окалины в поверхность полосы, которая в дальнейшем не удаляется.

При снижении давления воды менее Р=20 ати, так же как и при увеличении расстояния S более 200 мм, эффективность гидросбива окалины резко снижается, что приводит к снижению качества поверхности сортовых профилей. Увеличение давления воды более 30 ати не приводит к дальнейшему повышению качества поверхности сортовых профилей, а лишь увеличивает расход воды и энергозатраты. При снижении расстояния S менее 100 мм не достигается требуемое раскрытие плоской струи, не исключается повреждение сопл вследствие искривления заготовки или ее ухода с линии прокатки.

Кантовка полосы на угол 90° после 1-го прохода обеспечивает гидросбив окалины с наиболее проблемной грани b после каждого из четырех проходов. Исключение кантовки приведет к неполному удалению окалины с грани b.

При наклоне плоских струй под углом к продольной оси заготовки более 80° ухудшаются условия смыва сорванной окалины и не исключается ее вкатывание в поверхность полосы валками последующих клетей. Снижение этого угла менее 75° требует увеличения угла раскрытия плоских струй, что приводит к снижению силового воздействия на окалину и снижает эффективность ее удаления при гидросбиве.

Пример реализации способа

Непрерывно-литые заготовки квадратного сечения 150×150 мм из шарикоподшипниковой стали марки ШХ15 (профиль 1 на чертеже) последовательно загружают в нагревательную печь толкательного типа с газовым отоплением, где производят их разогрев до температуры 1250°С при непрерывном проталкивании по глиссажным трубам через рабочее пространство печи. В процессе нагрева на непрерывно-литых заготовках, покрытых первичной окалиной, формируется слой печной окалины. Наибольшее количество окалины образуется и удерживается на верхних гранях b заготовок, которые интенсивно омываются горячим газом. На нижних гранях d заготовок количество окалины минимально, т.к. в процессе проталкивания по глиссажным трубам она механически разрушается и осыпается на подину печи. Помимо этого температура газа в нижней части печи ниже.

Нагретые заготовки последовательно выталкиваются из печи на приемный рольганг, где их с помощью кантователя ставят на ребро (профиль 2) и транспортируют к первой черновой клети сортового стана 350. Заготовку задают в горизонтальные валки с ромбическим калибром и обжимают с коэффициентом вытяжки λ₁=1,22 (профиль 3). При этом происходит разрушение и растрескивание окалины на гранях полосы. На выходе из валков после 1-го прохода на грани а, b и d полосы подают плоские струи воды под давлением 25 ати из коллекторов k с соплами. Плоские струи наклонены под углом ϕ=77,5° к продольной оси полосы, а сопла расположены на расстоянии S=150 мм от соответствующих плоских граней полосы. Это позволяет удалять и смывать окалину с граней a, b и d.

По завершению 1-го прохода полосу кантуют на 90° (профиль 4), задают в горизонтальные валки второй клети с квадратным калибром и обжимают с коэффициентом вытяжки λ₂=1,10 (профиль 5). Прокатка полосы во 2-м проходе также сопровождается механическим разрушением окалины. На грани b и с выходящей из второй клети полосы подают плоские струи воды под давлением 25 ати из коллекторов k с соплами. Плоские струи наклоняют под углом ϕ=77,5° к продольной оси полосы, а сопла истечения располагают на расстоянии S=150 мм от соответствующей плоской грани полосы. Это позволяет одновременно удалять и смывать окалину с граней b и с.

В 3-м проходе полосу обжимают в вертикальных валках с ромбическим калибром при коэффициенте вытяжки λ₃=1,23 (профиль 6), после чего осуществляют удаление окалины с граней b и с с теми же значениями параметров гидросбива, что и в проходе 2.

В 4-м проходе полосу обжимают в горизонтальных валках с калибрами в квадрат сечением 100×100 мм с вытяжкой λ₄=1,20 (профиль 7). После обжатия в четвертой клети осуществляют полное удаление остатков окалины с граней b и с с теми же значениями параметров гидросбива, что и в проходе 2.

В дальнейшем полосы, не содержащие на поверхности окалину, прокатывают в чистовой непрерывной группе клетей в круг диаметром 40 мм.

Благодаря использованию предложенного способа прокатки сортовые профили, полученные из непрерывно-литой заготовки, имеют повышенное качество поверхности.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, следует, что при использовании предложенного способа (варианты №2-5 и 8) достигается повышение качества поверхности сортовых профилей: дефекты поверхности в виде вкатанной окалины, рябизны и вмятин полностью отсутствуют. В случаях запредельных значений заявленных параметров (варианты №1, 6, 7 и 9, 10) на сортовых профилях присутствуют дефекты поверхности, что снижает их качество. Также дефекты поверхности на сортовых профилях наличествуют при прокатке согласно способу-прототипу (вариант №11), согласно которому гидросбив проводят после нагрева заготовки перед ее прокаткой.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что сочетание механического разрушения окалины в процессе обжатия полосы валками с калибрами по системе «ромб-квадрат», с гидросбивом после каждого чернового прохода при коэффициенте вытяжки за проход 1,05-1,30, давлении воды 20-30 ати, подаче воды плоскими струями под углом 75-80° к продольной оси полосы и регламентированном расстоянии 100-200 мм от сопл до соответствующей плоской стороны полосы, обеспечивает 100% удаление окалины и смывание ее с полосы. За счет этого исключается образование дефектов поверхности на готовых сортовых профилях даже из специальных непрерывно-литых сталей с трудноудаляемой окалиной.

В качестве базового объекта при определении технико-экономических преимуществ предложенного способа принят способ-прототип. Использование предложенного способа обеспечит повышение рентабельности производства сортовых профилей из непрерывно-литых заготовок на 5-8%.

Источники информации

1. Авт. свид. СССР №899188, МПК В21В 45/04,1982 г.

2. Патент США №5661884, МПК В21В 45/04, 1997 г.

3. Зотов В.Ф. Производство проката. М.: «ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 2000 г., с.208-209, 230-231.