Технология прокатки. Технологический процесс прокатки

• " onclick="window.open(this.href," win2 return false >Печать
• E-mail

Сортовой прокат

В машиностроении, строительстве, на транспорте широко применяется металлический прокат : листы, полосы, ленты, рельсы, балки и т. д. Его получают в результате обжатия слитка металла в горячем или холодном состоянии между вращающимися валками прокатного стана. Таким образом обрабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы.

Профиль проката (форма его поперечного сечения ) зависит от формы валков. На рисунках показаны основные профили продукции прокатного производства, называемой сортовым прокатом.

Различают следующие профили сортового проката : простые (круг, квадрат, шестиугольник, полоса, лист ); фасонные (рельс, балка, швеллер, тавр и др.); специальные (колеса, арматурная сталь и др.).

Чаще всего сортовой прокат используется в качестве заготовок для различных деталей. Например, из шестигранного прутка делают болты, гайки. Из круглого проката вытачивают цилиндрические детали на токарных станках. Уголковый прокат применяется в производстве рам, каркасов, стеллажей и т. д.

Прокаткой можно придать заготовке форму готовой детали, тем самым избежать дополнительной обработки и, следовательно, уменьшить отходы металла, сэкономить время.

Ниже представлены несколько образцов распространённых видов проката: труба, арматура, балка, швеллер, лист, уголок, полоса и т.д.

Сортовой прокат - один из видов полуфабрикатов . Так называют продукт труда, предназначенный для дальнейшей обработки и получения готовых изделий.
С некоторыми видами полуфабрикатов вы уже знакомы - это пиломатериалы, фанера, проволока.
Листовой прокат подразделяется на тонколистовой (до 4 мм) и толстолистовой (свыше 4 мм

Виды и свойства стали

Сталь - это сплав железа с углеродом (до 2%) и другими химическими элементами. Она широко применяется в машиностроении, на транспорте, в строительстве, быту.
В зависимости от состава различают углеродистую и легированную сталь. В углеродистой стали содержится 0,4...2% углерода. Углерод придает стали твердость, но увеличивает хрупкость, снижает пластичность. При добавлении в сталь во время плавки других элементов: хрома, никеля, ванадия и др. - изменяются ее свойства. Одни элементы повышают твердость, прочность, другие - упругость, третьи придают антикоррозийность, жаропрочность и др. Стали, в которых есть эти элементы, называются легированными. В марках легированной стали добавки обозначают буквами: Н - никель , В - вольфрам , Г - марганец , Д - медь , К - кобальт , Т - титан .

По назначению различают конструкционную, инструментальную и специальные стали.
Конструкционная углеродистая сталь бывает обыкновенного качества и качественная. Первая - пластичная, но обладает невысокой прочностью. Применяется для изготовления заклепок, шайб, болтов, гаек, мягкой проволоки, гвоздей. Вторая отличается повышенной прочностью. Из нее изготавливают валы, шкивы, ходовые винты, зубчатые колеса.
Сталь инструментальная обладает большей твердостью, прочностью, чем конструкционная, и применяется для изготовления зубил, молотков, резьбонарезных инструментов, сверл, резцов.
Специальные стали - это стали с особыми свойствами: жаропрочные, износостойкие, нержавеющие и др.
Все виды сталей маркируются определенным образом. Так, конструкционная сталь обыкновенного качества обозначается буквами Ст . и порядковым номером от 0 до 7 (Ст. О , Ст. 1 и т. д.- чем выше номер стали, тем выше содержание углерода и предел прочности), качественная - двумя цифрами 05 , 08 , 10 и т. д., показывающими содержание углерода в сотых долях процента. По справочнику можно определить химический состав стали и ее свойства.
Свойства стали можно изменять с помощью теплового воздействия - термической обработки (термообработки). Она заключается в нагреве до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующем быстром или медленном охлаждении. Диапазон температур может быть широким в зависимости от вида термообработки и содержания углерода в стали.
Основные виды термообработки - закалка, отпуск, отжиг, нормализация .
Для повышения твердости стали применяют закалку - нагревание металла до определенной температуры (например, до 800 °С) и быстрое охлаждение в воде, масле или других жидкостях.
При значительном нагревании и быстром охлаждении сталь становится твердой и хрупкой. Хрупкость после закалки можно уменьшить с помощью отпуска - остывшую закаленную стальную деталь вновь нагревают до определенной температуры (например, 200...300°С), а затем охлаждают на воздухе.
У некоторых инструментов закаливают только их рабочую часть. При этом повышается долговечность всего инструмента.
При отжиге заготовку нагревают до определенной температуры, выдерживают при этой температуре и медленно (в этом главное отличие от закалки) охлаждают . Отожженная сталь становится мягче и поэтому лучше обрабатывается.
Нормализация - разновидность отжига, только охлаждение происходит на воздухе . Этот вид термообработки способствует повышению прочности стали.

Термическую обработку стали на промышленных предприятиях выполняют рабочие-термисты . Термист должен хорошо знать внутреннее строение металлов, их физические, технологические свойства, режимы термообработки, умело пользоваться термическими печами, строго соблюдать правила безопасности труда.

Важнейшие механические свойства стали - твердость и прочность . На твердость сталь испытывают при помощи специальных приборов-твердомеров . Метод измерения основан на вдавливании в образец более твердого материала: шарика из твердой стали, алмазного конуса или алмазной пирамиды.

Значение твердости НВ определяют делением нагрузки на площадь поверхности отпечатка, оставляемого в металле (метод Бринелля ) (рис. справа, а ),

или по глубине погружения в металл алмазного острия, стального шарика (метод Роквелла ) (рис. 6 ).

Прочность стали определяют на разрывных машинах испытанием образцов специальной формы, растягивая их в продольном направлении вплоть до разрыва (рис. слева). Определяя прочность, делят наибольшую нагрузку, которая предшествовала разрыву образца, на площадь его первоначального поперечного сечения.

Наблюдается переходна более новый качественный виток развития. Это обусловлено многими факторами: от создания, внедрения и развития прогрессивных технологий, в том числе и в сталеплавильном производстве, до изменения самой концепции в отношении к прокатному производству. Одним из наиболее важных факторов данного развития в прокатном производстве является возникшая возможность осуществлять абсолютный контроль температурно-деформационным процессом при прокатке на станах последнего поколения. Данная тенденция наиболее ярко проявляется на прокатных станах, предназначенных для производства катанки и мелкого сорта. Постараемся оценить, чем это обусловлено, учитывая возможности, которые предоставляет использование новых подходов в технологии прокатки катанки. В процессе горячей прокатки происходит высокотемпературная термомеханическая обработка металла (ТМО). Однако под ТМО, как правило, понимается не только физическая сущность процесса, но и целенаправленное комплексное воз действие на структуру металлического сплава совокупностью операций деформации, нагрева и охлаждения, в результате которых и происходит формирование окончательной структуры металлического сплава, а, следовательно, и его свойств. Существует большое количество разновидностей термомеханической обработки стали. Их можно разделить на следующие группы:

• Режимы термомеханической обработки, при которых деформация осуществляется в аустенитном состоянии. К этой группе относятся наиболее известные и изученные методы упрочнения: высокотемпературная термомеханическая обработка (ВТМО) и низкотемпературная термомеханическая обработка (НТМО).
• Термомеханическая обработка с деформацией в ходе превращения переохлажденного аустенита.

Режимы термомеханической обработки, связанные с деформацией, осуществляемой после превращения аустенита в мартенсит или бейнит. Примером такой обработки является метод упрочнения, связанный с деформационным старением мартенсита. Для упрочнения стали могут применяться различные комбинации режимов термомеханической обработки, например ВТМО с НТМО, ВТМО с деформационным старением мартенсита и др. Термомеханическая обработка чаще всего является окончательной операцией при изготовлении деталей. Но она может использоваться и как предварительная операция, которая обеспечивает формирование благоприятной структуры при проведении окончательной термической обработки, включающей закалку на мартенсит и отпуск. Традиционно при рассмотрении задачи достижения требуемых свойств в готовой продукции из металлического сплава используют влияние химических элементов на свойства металла и термическую обработку. При этом формирование структуры при нагреве, а в особенности при прокатке, долгое время оставалось «черным ящиком». А ведь именно эти процессы влияют на формирование структуры в готовой продукции. На практике технологи использовали для получения необходимых механических свойств, в готовом прокате применяли только такие механизмы при изготовлении сталей как легирование и термообработка. В качестве примера приведем недостатки использования традиционных способов изготовления готового проката из рядовых марок сталей. У данного класса сталей структура состоит из феррита с известной незначительной долей перлита. При желании получать менее металлоемкие конструкции и изделия из стали, обладающие повышенной надежностью при низкой себестоимости изготовления, встает проблема повышения прочности проката, полученного в горячекатаном состоянии. Если для увеличения прочности используют только повышение доли перлита путем повышения содержания углерода, то эта возможность ограничена, так как с увеличением прочности благодаря повышению содержания углерода пластичность, вязкость и свариваемость стали резко снижаются, что приводит к отказу от данного проката, так как наряду с прочностью в прокате необходимо также обеспечение вышеперечисленных свойств металла. Изготовление проката из высоколегированных сталей приводит к резкому удорожанию готовой продукции в связи с высокой ценой легирующих элементов и ухудшением технологичности переработки (дополнительная зачистка и т.д.). Дополнительная термообработка после прокатки, такая как закалка+отпуск, позволяет получить повышение прочностных и пластических свойств стали, но этот эффект можно получить только для низколегированных марок сталей. При этом также происходит увеличение себестоимости готовых изделий из стали. Первым шагом использования особого состояния горячекатаного проката, полученного в процессе деформации, явилось использование установок ускоренного охлаждения после прокатки, в особенности применение водяного охлаждения. Использование данной технологии непосредственно в линиях прокатки позволило снизить влияние полного протекания процессов рекристаллизации, ранее формировавших структуру и механические свойства в готовом прокате.

Следующим шагом в повышении механических свойств стало использование так называемого процесса контролируемой прокатки с использованием принципов термомеханической обработки. Рассмотрим более подробно использованием данных принципов в процессе ТМО. В зависимости от того, как проводить прокатку и нагрев в первую очередь зависит эффективность влияния химического состава и термообработки на конечные свойства металлопроката. Химический состав оказывает большое влияние на изменения структуры и в процессе ТМО, и его влияние на механические свойства должно рассматриваться с позиций всех этапов обработки металла: от нагрева до охлаждения. Термическая обработка с прокатного нагрева лишь фиксирует состояние структуры, полученной на прокатном стане, и хотя здесь существует множество вариантов ее проведения с получением различных комплексов свойств, повышение их значений ограничено данной структурой в процессе прокатки. Термическая обработка вне прокатного стана с удорожанием энергоносителей становится все более нецелесообразной. Ряд режимов термомеханической обработки могут обеспечить наряду с высокими прочностными свойствами повышенную пластичность и вязкость. Нередко использование ТМО позволяет получить комплекс механических свойств, который не может быть достигнут способами обычной термической обработки и традиционного легирования. Изменяя условия деформирования при ТМО, можно регулировать плотность и характер распределения дефектов кристаллического строения, что позволяет управлять структурой и свойствами стали в широких пределах. Именно эти причины и явились основанием столь быстрого развития и заинтересованности, производителей металлопродукции процессом ТМО. Необходимо отметить перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки. Это обусловлено особенностями производства и геометрическими размерами (высокие скорости деформации и особо малое сечение в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки). Дело в том, что только при прокатке катанки для большого марочного сортамента возможно осуществление и управление процессами горячего наклепа и рекристаллизации, что из-за отсутствия высоких скоростей деформации при производстве других видов проката неосуществимо в линии прокатки, либо возможно при наложении определенных ограничений (ограниченный марочный сортамент,как правило, стали аустенитного класса или низкие температуры прокатки). Это позволяет управлять прочностными свойствами горячего проката, а высокая степень деформации в совокупности с химсоставом и термообработкой пластическими. К особенностям прокатки катанки можно отнести еще один очень важный с позиций термомеханической обработки фактор — время между деформациями может достигать очень малых значений, в особенности в последних клетях, вплоть до 0,0005 с. Для сохранения структуры, полученной в процессе ТМО, большое значение имеет способ осуществления охлаждения после прокатки. При этом возникают две задачи: транспортирование проката к охлаждающему устройству и охлаждение металла по всему сечению для обеспечения равномерности структуры, а, следовательно, и свойств по сечению готового проката. Небольшое поперечное сечение катанки (диаметр до 8 мм) позволит нам рассматривать его как термически тонкое тело.

Таким образом, получив необходимую структуру на прокатном стане, мы можем ее зафиксировать во всем поперечном сечении и по всей длине, что улучшает однородность свойств и качество горячего проката. При необхо димости, изменяя интенсивность охлаждения после прокатки, можно также добиться различной структуры по слоям поперечного сечения и получить определенные свойства. Так как скорость отвода тепла в большем сечении из внутренних слоев ограничена, то сохранить преимущества наведенной структуры в процессе прокатки проблематично, а иногда и вовсе невозможно. При проведении эксперимента на прокатном стане наиболее важным моментом является учет наиболее влияющих на структуру факторов. Для этого необходимо осуществить математическое моделирование процесса прокатки, позволяющее определять значения влияющих на структуру параметров. Для последующей оценки их влияния на структуру могут быть использованы такие уже известные данные как:
- влияние температуры и выдержки в печи на рост зерна в заготовке;
- влияние величины зерна и температуры металла на превращения из аустенита;
- изменение структуры горячедеформированного аустенита при последеформационной выдержке;
- структурообразование при горячей
прокатке.

Для определения влияния параметров прокатки на структуру горячедеформированного металла необходимо создание термокинетической модели проволочного стана, на котором проводится эксперимент. На основании чего, исходя из скорости конца прокатки и промежуточных температур в линии стана, определяются значения: скорости деформации; температуры деформации; время между деформациями. При осуществлении процесса контролируемой прокатки температурный режим является одним из наиболее важных факторов в целенаправленном воздействии на структуру и конечные свойства в производстве катанки. Существует несколько путей непосредственного регулирования температуры раската в процессе прокатки: изменение температуры нагрева, регулирование скоростью прокатки, межклетевое охлаждение и нагрев раската. Чаще всего для воздействия на температуру раската во время прокатки используют два первых рычага воздействия. Для применения межклетевого охлаждения и нагрева необходима установка
дополнительного оборудования. Помимо этого требуется предварительная оценка возможностей охлаждения (при скоростях прокатки выше 30 м/с и межклетевом расстоянии не более 1 м — время для обеспечения необходимого теплосъема ограничено). Также большой задачей является знание влияния температурных полей раската в процессе прокатки для определенного марочного сортамента на структуру металла, в частности
на величину зерна. При использовании управления над температурой прокатки необходимо учитывать, что диапазон возможного регулирования имеет определенные ограничения. От теплового режима зависят энергосиловые параметры прокатного стана, усилия, действующие на валки (шайбы) и другие детали рабочих клетей, точность размеров профиля, форма и качество поверхности готового проката, стойкость прокатных валков, стабильность всего технологического процесса. При этом он непосредственно связан с режимами обжатий, скоростей и натяжений. На большинстве прокатных станах не производится непосредственное измерение температуры промежуточного раската во всей длине стана. Это связано как с дороговизной установки, так и условиями эксплуатации приборов, что зачастую не позволяет точно определить температуру металла, может приводить к поломке измерительной техники при аварийном отклонении металла от линии прокатки. Также при использовании междеформационного охлаждения даже определение температуры поверхности раската не дает точную картину о среднемассовой температуре металла, которая, в свою очередь, является наиболее значащей для оценки вышеуказанных параметров. Температура при прокатке металла распределена по сечению не равномерно, а так как непосредственным измерением это распределение определить не имеется возможности, то целесообразно прибегать к расчету тепловых характеристик. Тепловой режим рассчитывается с учетом теплового баланса, зависящего от всех видов теплообмена, имеющих место при горячей прокатке: потеря тепла теплопроводностью при контакте с шайбами и водяным охлаждением, конвекцией и излучением. Наибольшей проблемой определения теплопереноса при прокатке является установление закономерностей изменения температур в любой точке раската в течение времени от нагрева до получения готовой катанки. Изменение температуры раската во время прокатки связано с протеканием всех видов тепловых процессов: теплопроводностью, конвекцией и излучением. При этом каждый из видов теплопереноса вносит свой вклад, который не всегда удается точно установить. Деформация металла путем прокатки с позиции теплопереноса состоит из большого количества различных этапов (циклов). На каждом таком этапе действуют определенные процессы со свойственными только для данного участка условиями. Результирующий эффект сложного теплопереноса зависит не только от интенсивности конкретных видов переноса, но и от особенностей их взаимодействия (последовательного или параллельного, стационарного или нестационарного). В отличиe от стационарного режима, при котором температурное поле не изменяется во времени, тепловой процесспрокатки характеризуется как нестационарный. При этом температурное поле раската является функцией времени. Нестационарный процесс связан с изменением энтальпии во времени. При этом интенсивность отвода теплоты непостоянна во времени. Решить задачу нестационарной теплопроводности — это значит найти зависимости изменения температуры и количества переданной теплоты во времени для
любой точки тела. Каждый из процессов нестационарного теплообмена описывается системой дифференциальных уравнений. Однако данные уравнения описывают бесчисленное множество процессов теплоотдачи, выведенные из рассмотрения элементарного участка в физическом теле. Чтобы решить конкретную задачу, связанную с изменением температуры металла при прокатке, необходимо на каждом этапе рассмотреть протекающие тепловые и дать полное их математическое описание всех частных особенностей, свойственных для данного случая. Для этого необходимо решать систему дифференциальных уравнений при определении следующих краевых условий:
- Геометрические условия, характеризующие форму и размеры раската.
- Физические условия, характеризующие физические свойства среды и раската.
- Граничные условия, характеризующие особенности протекания процесса
на границах тела.
- Временные условия, характеризующие особенности протекания процесса
во времени.

Решение данной системы уравнений позволит получить описание поля температур раската на любом участке прокатного стана в любой момент времени. Данная задача определения температурных полей по сечению раската в любой момент прокатки была решена для мелкосортнопроволочного стана 300 No3 ОАО «ММК». В качестве примера
приведена диаграмма на рисунке 1 распределения температуры по сечению
промежуточного раската. Использование результатов данной модели позволило оценить существующий температурно-деформационный режим
прокатки, а путем изменения основных факторов прокатки — прогнозировать и получать необходимый режим с позиции формирования необходимой структуры. С целью получения нового уровня свойств на катанке предназначенной для армирования, на ОАО «ММК» на стане 250#2 были проведены исследования с использованием температурно деформационной модели и вновь установленной установки водяного охлаждения. Установка в 2004 году новой линии водяного охлаждения на стане 250#2 (производства НПП «Инжмет») позволила провести экспериментальные исследования с целью получения термомеханически упрочненной арматуры малых диаметров. Получение термомеханически упрочненной арматуры на стане 250No2 заключалась в проведении процесса закалки поверхностного слоя катанки в линии водяного охлаждения, расположенной после чистовой клети No16 в потоке прокатного стана. Далее прокат укладывается моталкой в виде витков на сетчатый транспортер, после чего собирается на виткосборнике в бунты массой до 300 кг. Охлаждение осуществляется с помощью форсунки высокого давления и в последовательно расположенных трубках, на входе и выходе которых охлаждение катанки прерывается отсечными устрой ствами. Длина активной зоны охлаждения зависит от диаметра прокатываемой катанки и может составлять ≈ 7,2 м и ≈9,7 м.
Термомеханическое упрочнение катанки можно условно разделить на три этапа. На первом этапе катанка, выходящая из чистовой клети No16, попадает в линию термоупрочнения, где подвергается интенсивному охлаждению водой. Данный процесс должен обеспечивать охлаждение поверхности катанки со скоростью, превышающей критическую скорость охлаждения, необходимую для получения в поверхностном слое катанки структуры мартенсита. Однако при этом технология процесса термоупрочнения должна обеспечивать такую температуру в центральных слоях катанки, при которой сохраняется аустенитная структура во время охлаждения. Этот процесс можно выделить во второй этап, который позволит при дальнейшем ее охлаждении со скоростью меньшей критической скорости получить в сердцевине катанки феррито-перлитную структуру, что обеспечит высокую пластичность полученной арматуры (рис. 2). На третьем этапе высокая температура центральных слоев катанки после окончания операции интенсивного охлаждения будет способствовать протеканию процесса самоотпуска закаленного поверхностного слоя. Данный процесс, в свою очередь, также позволяет повысить пластичность поверхностного слоя при сохранении его высокой прочности
Металл, расположенный между поверхностным и центральным слоем, имеет промежуточную скорость охлаждения, которая приводит к получению слоя с бейнитной структурой. В результате такого охлаждения получается, что катанка в поперечном сечении представляет собой две зоны в виде кольца: с мартенситной и бейнитной структурой и феррито-перлитной в центральной
части. В результате опытных прокаток на стане 250#2 была получена катанка с указанной структурой (рис. 3).
Исследование структуры шлифов термомеханически упрочненной катанки
показало у полученного проката, как правило, наличие одного или нескольких подкаленных слоев серповидной формы. Это, по видимому, связано с тем, что охлаждение производится только одной форсункой в один цикл охлаждения. В таких условиях при возникновении ситуации «случайного» омывания какой-то одной области проката в единственной камере охлаждения в дальнейшем отсутствует возможность проведения еще нескольких циклов охлаждения, которые позволили бы произвести более равномерное охлаждение катанки по сечению. Дальнейшее охлаждение катанки на сетчатом транспортере без осуществления направленной продувки воздухом также приводит к неравномерному температурному полю как по сечению, так и по длине бунта катанки. Также из опыта проведенных
прокаток было выявлено изменение температуры катанки после водяного охлаждения по длине бунта (изменение температуры по одному бунту
∆Т=30—50 °С). Так как время и условия охлаждения по всей длине бунта одинаково, был сделан вывод, что причиной данной разницы температур является неравномерность нагрева по длине заготовок в нагревательной печи прокатного стана.

Измерение температуры заготовки на выходе из печи и после черновой группы (изменение температуры составляло ∆Т=50—80 °С) впоследствии подтвердили это предположение. Перичисленные выше факторы в итоге приводят к большой неравномерности структурных составляющих по длине проката, что напрямую обуславливает значительный разброс (до 50—80 Н/мм2) механических свойств в пределах партии. Такая структура в катанке из рядовых низкоуглеродистых марок стали, позволяет получить уникальный комплекс механических свойств: высокий предел текучести при хорошей пластичности, что не всегда можно получить даже на катанке из некоторых низколегированных марок стали при стандартной прокатке и охлаждении на воздухе (рис. 4). Получение вышеуказанной катанки требует точного соблюдения технологии термоупрочнения. Настройка линии водяного охлаждения зависит от множества факторов: марки стали, необходимых механических свойств, диаметра катанки, состава оборудования линии охлаждения, настройки форсунки высокого давления, скорости прокатки, расхода и давления воды (рис. 5).
Для определения технологических параметров в зависимости от перечисленных факторов были проведены экспериментальные исследования с измерением температуры самоотпуска. От полученных во время экспериментальных прокаток бунтов катанки отбирались пробы для механических испытаний и металлографического анализа полученной микроструктуры. Полученные результаты показывают, что существует достаточно большой диапазон изменения механических свойств. При этом наблюдается такая же тенденция как при повышении содержания углерода в углеродистых марках стали: при повышении прочностных свойств — уменьшаются пластические (рис. 5).
Исходя из марочного сортамента, уровня механических свойств и номинального диаметра, возможно получение оптимального технологического режима, удовлетворяющего запросы потребителей. Одной из наиболее перспективной областью применения термомеханически
упрочненной арматуры малых диаметров является использование ее для
связки арматурного каркаса в высокопрочных железобетонных плитах. Областью применения данной арматуры могут в перспективе быть и другие различные ж/б конструкции, фундаменты и т.д. На сегодняшний день это может обеспечить совершенствование нормативно-технической документации (ГОСТ, ТУ и т.д.) и исследование возможностей использования этого нового вида продукции. Проведенные исследования позволили определить основные параметры процесса термомеханического упрочнения катанки малых диаметров. Впоследствии при пуске на ОАО «ММК» стана 170 после адаптации полученных результатов к условиям прокатки на новом стане позволит освоить данный сортамент при массовом производстве.
ВЫВОДЫ
- Рассмотрены процессы, происходящие при деформации металла в горячем состоянии. Определены факторы, наиболее влияющие на формирование структуры металла после деформации.
- Показана перспективность развития процесса ТМО при производстве катанки с учетом ее геометрических размеров и особенностей производства: особо малое сечение и высокие скорости деформации в отличие от других видов металлопродукции получаемых путем горячей прокатки.
- Показаны результаты использования такого инструмента, как моделирование температуры с целью получения необходимых механических свойств катанки при горячей прокатке с учетом существующих технологических возможностей стана, а также с точки зрения влияния горячей пластической деформации и химического состава на структуру.
- Приведены результаты применения использования термомеханической обработки при прокатке на структуре готовой катанки.

Исходной заготовкой при прокатке служат слитки: стальные массой до 60 т, из цветных металлов и их сплавов обычно массой до 10 т. При производстве сортовых профилей стальной слиток массой до 15 т в горячем состоянии прокатывают на блюминге, получая заготовки квадратного (или близкого к нему) сечения (от 140X140 до 450x450 мм), называемые блюмами. Затем блюмы поступают на заготовочные станы для прокатки заготовок требуемых размеров или сразу на крупносортные станы для прокатки крупных профилей сортовой стали. На заготовочных и сортовых станах заготовка последовательно проходит через ряд калибров.

Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может привести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разность в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем больше число калибров требуется для его получения. Число калибров может быть различным; например, при прокатке проволоки диаметром 6,5 мм их число достигает 21. После прокатки полосы режут на мерные длины, охлаждают, правят в холодном состоянии, термически обрабатывают, удаляют поверхностные дефекты.

При производстве листового проката стальной слиток массой до 50 т в горячем состоянии прокатывают на слябинге или блюминге, получая заготовку прямоугольного сечения (наибольшей толщиной - 350 и шириной - 2300 мм), называемую слябом.

В настоящее время вместо прокатанных заготовок широко применяют заготовки в виде слябов, полученные непрерывной разливкой. Слябы прокатывают большей частью на непрерывных станах горячей прокатки, состоящих из двух групп рабочих клетей - черновой и чистовой, расположенных друг за другом. Перед каждой группой клетей сбивают окалину в окалиноломателях. После прокатки полосу толщиной 1,2-16 мм сматывают в рулон. К отделочным операциям производства горячекатаного листа относятся резка, травление, термическая обработка и др.

Исходным материалом для холодной прокатки листа толщиной менее 1,5 мм обычно служат горячекатаные рулоны. На современных станах холодной прокатки производят листовую сталь с минимальной толщиной 0,15 мм и ленты с минимальной толщиной 0,0015 мм. Современным способом холодной прокатки является рулонный. Предварительно горячекатаный лист очищают травлением в кислотах с последующей промывкой. Прокатывают на одноклетьевых и многоклетьевых непрерывных четырех валковых станах, а также на многовалковых станах. После холодной прокатки материал проходит отделочные операции: отжиг в защитных газах, нанесение в случае необходимости покрытий, разрезку на мерные листы и др.

При прокатке бесшовных труб первой операцией является прошивка - образование отверстия в слитке или круглой заготовке. Эту операцию выполняют в горячем состоянии на прошивных станах. Наибольшее применение получили прошивные станы с двумя бочкообразными валками, оси которых расположены под небольшим углом (5-15°) друг к другу. Оба валка вращаются в одном и том же направлении, т. е. в данном случае используется принцип поперечно-винтовой прокатки. Благодаря такому расположению валков заготовка получает одновременно вращательное и поступательное движения. При этом в металле возникают радиальные растягивающие напряжения, которые вызывают течение металла от центра в радиальном направлении, образуя внутреннюю полость, и облегчают прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути движения заготовки.

Последующую прокатку прошитой заготовки в трубу требуемых диаметра и толщины стенки производят на раскатных станах. Например, при наиболее распространенном методе трубу прокатывают на короткой оправке в так называемом автоматическом двухвалковом стане. Валки образуют последовательно расположенные круглые калибры, зазор между закрепленной на длинном стержне оправкой и ручьями валков определяет толщину стенки трубы. Для устранения неравномерности толщины стенки по сечению и рисок после раскатки производят обкатку труб в обкатных станах, рабочая клеть которых по конструкции аналогична клети прошивного стана. Затем для получения заданного диаметра трубы прокатывают в калибровочном многоклетьевом стане продольной прокатки без оправки; а при необходимости получения труб диаметром менее 80 мм - еще и в редукционных непрерывных станах с рабочими клетями аналогичной конструкции.

Сварные трубы изготовляют из плоской заготовки - ленты (называемой штрипсом) или из листов, ширина которых соответствует длине (или половине длины) окружности трубы. Процесс изготовления сварной трубы включает следующие основные операции: формовка плоской заготовки в трубу, сварка кромок, уменьшение (редуцирование) диаметра полученной трубы. Для сварки чаще применяют следующие способы: печную сварку, сварку сопротивлением и дуговую под слоем флюса. При производстве труб печной сваркой ленту, размотанную с рулона, правят, нагревают в узкой длинной (до 40 м) газовой печи до температуры 1300-1350 °С и формируют в трубу в непрерывном прокатном стане (рис. 3.12). Стан состоит из 6-12 рабочих клетей, в которых валки образуют круглые калибры. При прокатке в калибрах прижимаемые одна к другой кромки, до полнительно нагретые до высокой температуры обдувкой кислородом, свариваются. Выходящую из стана трубу разрезают специальной пилой на куски требуемой длины и далее калибруют на калибровочном стане. Этим способом изготовляют трубы самой низкой стоимости из низкоуглеродистой стали (Ст2кп) диаметром 10-114 мм.

Электросваркой можно получать трубы большого диаметра (до 2500 мм) с тонкой стенкой (до 0,5 мм) из легированных сталей.

При производстве труб сваркой сопротивлением ленты или полосы свертывают в холодном состоянии в трубу в формовочных непрерывных станах. При выходе из формовочного стана трубная заготовка поступает на трубоэлектросварочный стан, где кромки трубы прижимаются друг к другу двумя парами вертикальных валков и одновременно свариваются роликовыми электродами. После сварки трубу калибруют, разрезают на части.

Дуговой сваркой под флюсом изготовляют, трубы с прямыми и спиральными швами. В первом случае подготовленный лист формуют на листогибочных валковых станах или на прессах, затем сваривают, причем швы накладывают снаружи и изнутри трубы. При получении труб со спиральным швом лента, разматываемая с рулона, сворачивается по спирали в трубу, а затем сваривается по кромкам.

Трубы с более тонкой стенкой, высокими качеством поверхности и точностью размеров получают на станах холодной прокатки труб различных типов, а также волочением. В качестве заготовки в этом случае применяют горячекатаные трубы.

Процессы получения специальных видов проката отличаются большим разнообразием. Причем некоторые из них осуществляют на металлургических предприятиях, а другие - на машиностроительных. Особенно большое значение имеет прокатка периодических профилей, которые применяют как фасонную заготовку для последующей штамповки и как заготовку под окончательную механическую обработку. Периодические профили в основном изготовляют поперечной и поперечно-винтовой прокаткой. На станках поперечно-винтовой прокатки получают не только периодические профили, но и заготовки шаров и сферических роликов подшипников качения (рис. 3). Валки 2 и 4 вращаются в одну и ту же сторону. Ручьи валков соответствующей формы сделаны по винтовой линии. Заготовка 1 при прокатке получает вращательное и поступательное движения; от вылета из валков она предохраняется центрирующими упорами 3. Производство других специальных видов проката, осуществляемых чаще на машиностроительных предприятиях.

Рис. 3. Схема прокатки шаров в стане поперечно-винтовой прокатки

5.2 Механический цех

Одна из главных задач машиностроения - дальнейшее развитие, совершенствование и разработка новых технологических методов обработки заготовок деталей машин, применение новых конструкционных материалов и повышение качества обработки деталей. Особенно большое внимание уделяется чистовым и отделочным технологическим методам обработки, объем которых в общей трудоемкости обработки деталей постоянно возрастает. Наряду с механической обработкой резанием применяют методы обработки пластическим деформированием, с использованием химической, электрической, световой, лучевой и других видов энергий. Весьма прогрессивны комбинированные методы обработки.

Обработка металлов резанием - это процесс срезания режущим инструментом с поверхности заготовки слоя металла в виде стружки для получения необходимой геометрической формы, точности размеров, взаиморасположения и шероховатости поверхностей детали. Чтобы срезать с заготовки слой металла, необходимо режущему инструменту и заготовке сообщить относительные движения. Инструмент и заготовку устанавливают и закрепляют в рабочих органах станков, обеспечивающих эти относительные движения: в шпинделе, на столе, в револьверной головке. Движения рабочих органов станов подразделяют на движения резания, установочные и вспомогательные. Движения, которые обеспечивают срезание с заготовки слоя металла или вызывают изменение состояния обработанной поверхности заготовки, называют движениями резания. К ним относят главное движение и движение подачи.

За главное принимают движение, определяющее скорость деформирования и отделения стружки, за движение подачи - движение, обеспечивающее врезание режущей кромки инструмента в материала заготовки. Эти движения могут быть непрерывными или прерывистыми, а по своему характеру вращательными, поступательными, возвратно-поступательными. Скорость главного движения обозначают v, величину подачи -s.

Движение, обеспечивающие взаимное положение инструмента и заготовки для срезания с нее определенного слоя материала, называют установочными. К вспомогательным движениям относят Транспортирование заготовки, закрепление заготовок и инструмента, быстрые перемещения рабочих органов станка и др.

Режущие инструменты в данном производстве работают в условиях больших силовых нагрузок, высоких температур и трения. Поэтому инструментальные материалы должны удовлетворять ряду особых эксплуатационных требований. Материал рабочей части инструмента должен иметь большую твердость и высокие допустимые напряжения на изгиб, растяжение, сжатие, кручение. Твердость материала рабочей части инструмента должна значительно превышать твердость материала заготовки.

Высокие прочностные свойства необходимы, чтобы инструмент обладал сопротивляемостью соответствующим деформациям в процессе резания, а достаточная вязкость материала инструмента позволяла воспринимать ударную динамическую нагрузку, возникающую при обработке заготовок из хрупких материалов и заготовок с прерывистой поверхностью. Инструментальные материалы должны иметь высокую красно стойкость, т. е. сохранять большую твердость при высоких температурах нагрева. Важнейшей характеристикой материала рабочей части инструмента является износостойкость. Чем выше износостойкость, тем медленнее изнашивается инструмент. Это значит, что разброс размеров деталей, последовательно обработанных одним и тем же инструментом, будет минимальным.

В основу классификации металлорежущих станков, принятой в нашей стране, положен технологический метод обработки заготовок. Классификацию по технологическому методу обработки проводят в соответствии с такими признаками, как вид режущего инструмента, характер обрабатываемых поверхностей и схема обработки. Станки делят на токарные, сверлильные, шлифовальные, полировальные и доводочные, зубообрабатывающие, фрезерные, строгальные, разрезные, протяжные, резьбообрабатывающие и т. д.

Классификация по комплексу признаков наиболее полно отражается в общегосударственной Единой системе условных обозначений станков. Она построена по десятичной системе; все металлорежущие станки разделены на десять групп, группа - на десять типов, а тип - на десять типоразмеров. В группу объединены станки по общности технологического метода обработки или близкие по назначению (например, сверлильные и расточные). Типы станков характеризуют такие признаки, как назначение, степень универсальности, число главных рабочих органов, конструктивные особенности. Внутри типа станки различают по техническим характеристикам.

В соответствии с этой классификацией каждому станку присваивают определенный шифр. Первая цифра шифра определяет группу станков, вторая тип, третья (иногда третья и четвертая) показывает условный размер станка. Буква на втором или третьем месте позволяет различать станки одного типоразмера, но с разными техническими характеристиками. Буква в конце шифра указывает на различные модификации станков одной базовой модели. Например, шифром 2Н135 обозначают вертикально-сверлильный станок (группа2, тип 1), модернизированный (Н), с наибольшим условным диаметром сверления 35 мм (35).

Различают станки универсальные, широкого применения, специализированные и специальные. На универсальных станках выполняют самые разнообразные работы, используя заготовки многих наименований. Примерами таких станков могут быть токарно-винторезные, горизонтально-фрезерные консольные и др. Станки широкого назначения предназначены для выполнения определенных работ на заготовках многих наименований (многорезцовые, токарно-отрезные станки). Специализированные станки предназначены для обработки заготовок одного наименования, но разных размеров (например, станки для обработки коленчатых валов). Специальные станки выполняют определенный вид работ на одной определенной заготовке.

6. БЕЗОПАСНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Снижение производственной опасности осуществляется выполнением соответствующих инструкций:

№013- Для работающих на токарных станках, автоматах и полуавтоматах с ЧПУ (2000 год).

№029- Для работающих на металлорежущих станках (2002 год).

6.1 Общие требования безопасности

К обслуживанию механизмов могут быть допущены только те рабочие, которые изучили их устройство и инструкцию по эксплуатации. Перед включением следует удостовериться в исправности механизма и в том, что пуск его никому не угрожает опасностью. Обнаружив во время осмотра какие-либо неисправности в механизме или его предохранительных устройствах, рабочий должен сообщить об этом мастеру и до их устранения к работе не приступать.

Запрещается оставлять работающий механизм без присмотра. Даже при кратковременном отсутствии на рабочем месте следует остановить механизм и сообщить мастеру о своем уходе. Запрещается касаться движущихся частей механизма и облокачиваться на него; брать или передавать через работающий механизм предметы; чистить, смазывать, ремонтировать механизм на ходу. Недопустимо пользоваться перчатками и рукавицами при выполнении работ, если имеется опасность захвата их вращающимися частями. Если во время работы в механизм попал какой-либо предмет, доставать его, не отключив механизм, запрещается. Надо остановить механизм и медленно, вращая его вручную, освободить попавший в него предмет.

Не разрешается допускать на свое рабочее место лиц, не имеющих отношения к выполняемой работе, а также доверять работающий механизм другому рабочему.

6.2 Монтаж и демонтаж оборудования.

Станки, прессы и другое оборудование должны устанавливаться на прочных основаниях или фундаментах, тщательно выверяться и надежно закрепляться. В конструкции оборудования (станка, пресса и т. д.) и отдельных его частей необходимо предусматривать специальные рамы, болты, окна, кронштейны и другие устройства для быстрой, удобной и надежной строповки и безопасного перемещения во время погрузки, демонтажа и ремонта оборудования.

Устройства для строповки должны располагаться с учетом центра тяжести переносимого груза и при подъеме не должны повреждаться натянутыми цепями или тросами. Рым-болты, приливы, кронштейны, стенки, в, которых имеются окна под строповку, должны быть рассчитаны на прочность с учетом массы поднимаемого груза и возникающей во время транспортирования перегрузки.

При монтаже, демонтаже и ремонте оборудования; его узлов и агрегатов высотой более 1,5 м от уровня пола или рабочей площадки устраивают прочные и устойчивые подмости, леса и т. п. для безопасной работы на высоте. Рабочие места ремонтных слесарей должны быть оборудованы шкафами, верстаками, стеллажами.

Перед ремонтом оборудование отключают от электросети, а на пусковых устройствах вывешивают плакат с надписью «Не включать - работают люди».

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛИ

Технико-экономическое обоснование выбора заготовки для обрабатываемой детали производят по нескольким направлениям металлоемкости, трудоемкости и себестоимости, учитывая при этом конкретные производственные условия. Технико-экономическое обоснование ведется по двум или нескольким выбранным вариантам. При экономической оценке определяют металлоемкость, себестоимость или трудоемкость каждого варианта изготовления заготовки, а затем их сопоставляют.

Технико-экономический расчет изготовления заготовки производят в следующем порядке:

1. Устанавливают метод получения заготовки согласно типу производства, конструкции детали, материалу и другим техническими требованиям на изготовление детали.

2. Назначают припуски на обрабатываемые поверхности детали согласно выбранному методу получения заготовки по нормативным таблицам или производят расчет аналитическим методом;

3. Определяют расчетные размеры на каждую поверхность заготовки;

4. Назначают предельные отклонения на размеры заготовки по нормативным таблицам в зависимости от метода получения;

Технико - экономические показатели изготовления детали.

Материал:

· Размер: М20

· Марка стали: Ст25

· Вес заготовки одной штуки = 0,313 кг

· Цена за 1 кг = 23-00 (руб.)

· Стоимость за единицу = 7-20 (руб.)

1.3аработная плата рабочего за единицу продукции составляет 5-72 (руб.).

2. Дополнительная заработная плата рабочего на единицу продукции составляет 1-43 (руб.).

3. Отчисление на социальное страхование составляет 1-99 (руб.).

4. Спецрасходы составляют 1-14 (руб.).

5. Цеховые расходы составляют 17-16 (руб.)

6. Общезаводские расходы составляют 11-44 (руб.)

7. Итоговая заводская себестоимость детали равна 46-08 (руб.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основной целью проектирования технологического процесса является снижение себестоимости изделия и повышение производительности труда. Решение этой задачи должно производиться в соответствии с заданным типом производства. Проектирование нового технологического процесса должно включать в себя анализ исходных данных (определение служебного назначения изделия, анализ технических условий и технологичности конструкций), определение класса и группы детали, количественная оценка групп изделий, выбор исходной заготовки и метода ее изготовления, выбор технологических баз, составление технологического маршрута обработки, разработка технологических операций.

Технологический процесс для данной детали (винта) составлен наиболее рационально. Форма детали достаточно проста для обработки, для выполнения своих функций, рассматриваемая деталь получена с экономической точки зрения рационально.

Итоговая заводская себестоимость винта не велика.

Припуски определены расчетно-аналитическим методом, что дает получить экономию металла, уменьшить трудоемкость обработки и снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Выбраны оптимальные режимы резания, что обеспечивает наибольшую производительность труда при наименьшей себестоимости операции при требуемом качестве обработки.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курсовое проектирование по предмету “Технология машиностроения”, Добрыднев И.С., М.: Машиностроение 1985.

2. Технология конструкционных материалов, Дальский А.М., М.: Машиностроение 1985.

3. Охрана труда в машиностроении, Мазов В.А. М.: Машиностроение 1983.

Технология прокатки включает:

• Подготовку слитков и заготовок к прокатке;
• Определение режима нагрева в зависимости от химического состава стали и сечения заготовки;
• Определение режима деформации (калибровка);
• Вопросы охлаждения стали после прокатки;
• Пооперационный и конечный контроль качества проката.

В процессе разливки стали в изложницы, нагрева и прокатки слитков и заготовок образуются поверхностные дефекты, которые должны быть удалены. Основными поверхностными дефектами слитков являются плены, образующиеся в результате разбрызгивания стали при разливке, трещины.

Поверхностные дефекты удаляют до (первый вариант) или после (второй вариант) прокатки.

Слитки, охлажденные перед посадкой в нагревательные колодцы, осматривают, и обнаруженные поверхностные дефекты удаляются.

С поверхности слитков, поступающих горячими для посадки в нагревательные колодцы, дефекты не удаляют перед прокаткой.

В зависимости от требований, предъявляемых к качеству поверхности готового проката, принимают первый или второй вариант.

Глубина поверхностных дефектов на заготовках составляет 2-3 мм, и дефектный слой подлежит выборочному или сплошному удалению.

Применяют следующие способы удаления поверхностных дефектов:

• Сжигание на определенную глубину дефектного поверхностного слоя;
• Строжку, обдирку на токарных станках;
• Вырубку пневматическими зубилами и специальными машинами;
• Зачистку наждаками.

Для сжигания дефектного поверхностного слоя применяют автогенные резаки при выборочном удалении дефектов и машины огневой зачистки при сплошном удалении дефектной поверхности.

Как указывалось выше, основная масса слитков поступает в нагревательные колодцы в горячем состоянии, и, следовательно, перед прокаткой поверхностные дефекты удалить невозможно. В связи с этим современные обжимные прокатные станы оборудуют машинами огневой зачистки для сплошного удаления дефектов в потоке.

После окончания прокатки заготовки в горячем состоянии подаются в машины огневой зачистки, в которых одновременно со всех сторон газорежущими блоками cжигается слой металла толщиной 1,5-2,5 мм.

Подготовка широкополосной заготовки перед холодной прокаткой заключается в удалении окалины, образовавшейся на поверхности металла. Удаление окалины с поверхности полос углеродистых сталей осуществляется в растворе серной кислоты. Активный процесс растворения окалины происходит при содержании серной кислоты 26 % и температуре раствора ~ 95°С.

Травление горячекатаной широкополосной стали производят в непрерывных травильных агрегатах. Катанку и сортовой металл, предназначенный для дальнейшего волочения, травят в специальных баках.

Калибровка валков

Калибровкой решаются следующие задачи:

• Установление числа пропусков;
• Установление формы и размеров поперечного сечения полосы после каждого пропуска;
• Последовательность чередования форм полосы.

Прокаткой получают простые (круг, квадрат, полоса и др.) и сложные (рельсы, балки, уголки и др.) по форме виды проката.

Прокатка сортовой и листовой стали производится при большем или меньшем числе пропусков через валки.

При каждом пропуске через валки уменьшается площадь поперечного сечения полос и при необходимости придается грубая форма конечному прокату.

Прокатка листов и широкополосной стали производится на гладкой бочке валка. Калибровкой листовых валков определяется профиль образующей бочки.

При горячей прокатке бочка валков выполняется вогнутой, при холодной — выпуклой. Вогнутость компенсирует тепловое расширение бочки валка, выпуклость — прогиб валка от усилия прокатки.

Для получения необходимой формы проката на бочке валков сортовых прокатных станов нарезаются на вальцетокарных станках кольцевые проточки различной формы.

Кольцевая проточка на одном валке называется ручьем. Ручьи двух валков образуют калибр.

Форма калибров, используемая для получения проката простой формы, — квадрата, круга, показана на рис. 1 (в, е, ж).

Овальные калибры применяют в сочетании с квадратными и круглыми калибрами (рис. 1, 6, в и др.), ромбические калибры — в сочетании с квадратными калибрами (рис. 1, д).

Прямоугольные (ящичные) калибры (I, II) используют для вытяжки металла на блюмингах, непрерывных заготовочных станах и черновых клетях сортовых станов.

Рис. 1. Схема калибровки валков мелкосортного стана 250

В зависимости от назначения различают четыре группы калибров:

1. Вытяжные, служат для уменьшения площади поперечного сечения;
2. Подготовительные, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и придают полосе грубую форму готового проката;
3. Предчистовые, производят дальнейшее уменьшение площади поперечного сечения и подготавливают получение конечной формы проката;
4. Чистовые, придают полосе окончательную форму.

Прокатка сортовой и листовой стали производится в несколько пропусков через валки. Распределение обжатий по пропускам производится с учетом усилия на валки, мощности главного электродвигателя, прочности деталей рабочей клети, условий захвата металла валками, пластичности металла.

При прокатке литого металла обжатие в первых проходах принимают небольшим, так как пластичность металла низка вследствие крупнозернистого строения. С учетом изложенных факторов добиваются возможно минимального числа пропусков. На рис. 1 схематично представлена калибровка валков мелкосортного стана 250.

В зависимости от площади поперечного сечения готового проката квадратная заготовка получает обжатие во всех 12 клетях (рис. 1, б, е), или только в восьми клетях при прокатке заготовки диаметром диаметром 18-19 мм (X, в). На валках первых двух клетей нарезаны ящичные калибры. На валках рабочих клетей III, IV, V, VI нарезаны ручьи калибров системы овал — квадрат.

На валках предчистовых и чистовых рабочих клетей нарезаны ручьи калибров, предназначенных для подготовки и получения круглого, квадратного и углового профилей.

Контроль технологического процесса

В процессе металлургического производства осуществляется плавочный контроль, контроль производственных процессов, а также готовой продукции. Плавочным контролем устанавливается соответствие слитков данной плавки техническим условиям: определяется качество стали, соответствие качества стали для проката определенной продукции. На основании результатов плавочного контроля назначается технология прокатки слитков данной плавки.

Контроль производственных процессов осуществляется на участках:

• Складирования слитков, заготовок;
• Нагрева перед прокаткой;
• Прокатки слитков на заготовку и заготовки на готовую продукцию;
• Резки, правки заготовок и готового проката;
• Охлаждения после горячей прокатки и термической обработки;
• Отделки, маркировки и сдачи готового проката.

Контроль производственных процессов осуществляется на основании технологических инструкций каждого участка.

Контроль готовой продукции устанавливает соответствие готового проката требованиям ГОСТа или техническим условиям: по физическим и механическим свойствам, по внутренним и поверхностным дефектам, по размерам и прямолинейности (плоскостности) проката и др.

Технологические схемы прокатного производства на металлургическом заводе

В зависимости от исходного материала на металлургических заводах применяют две схемы производства проката (рис. 2). При использовании в качестве исходного материала слитков 1 в технологической схеме предусматривается участок нагревательных колодцев и обжимного стана — блюминга или слябинга 2, 3.

Рис. 2. Схема производства проката

При использовании в качестве исходного материала блюмов или слябов технологический процесс начинается с заготовочных станов — непрерывного заготовочного стана 4 при сортовой прокатке или широкополосного стана горячей прокатки 5 при листовой прокатке.

Последующие технологические операции получения проката одинаковы для обеих схем. При производстве сортового проката заготовка поступает на крупносортные и среднесортные 9 станы, мелкосортные, проволочные 6 и штрипсовые 7 станы. Непосредственно из блюмов производится прокатка на рельсо-балочных и крупносортных станах 8. При листовом производстве заготовка поступает на одно- и многоклетевые станы холодной прокатки 10. На толстолистовых станах в качестве исходного материала используют слитки и слябы.

Производство блюмов

Блюмом называется квадратная заготовка со скругленными углами сечением до 400×400 мм.

В зависимости от сортамента блюмов, требуемой производительности применяют одноклетьевые двухвалковые реверсивные и многоклетьевые блюминги.

Рис. 3. План расположения оборудования блюминга 1300

Наибольшее распространение получили одноклетьевые блюминги.

Современным обжимным станом является мощный автоматизированный одноклетьевой блюминг с диаметром валков 1300-1500 мм. На рис. 3 показана схема расположения оборудования блюминга 1300. Слитки из сталеплавильного цеха подаются в пролет нагревательных колодцев 1 на платформах по железнодорожным путям. Нагретые до температуры прокатки слитки массой 10-15 т мостовым краном с клещевым захватом извлекаются из нагревательных колодцев и передаются на платформу слитковоза 2. Четыре слитковоза, непрерывно двигаясь по кольцевому пути, попеременно подходят к приемному рольгангу 3 блюминга. Очередной слитковоз автоматически останавливается параллельно приемному рольгангу, и слиток сталивается на ролики рольганга стационарным сталкивателем реечного типа. Подводящим и раскатным рольгангами 4 слиток транспортируется к рабочей клети блюминга. В линии подводящего рольганга установлен поворотный стол — весы, которым слиток автоматически взвешивается и при необходимости поворачивается в горизонтальной плоскости на 180°. Роликами рабочего рольганга слиток подводится к валкам рабочей клети 5.

Рис. 4. Калибровка валков блюминга

Рабочая клеть блюминга 1300 состоит из двух массивных стальных станин массой 105 т каждая. В узле станин на текстолитовых подшипниках смонтированы валки диаметром 1300 мм и длиной бочки 2800 мм, изготовленные ковкой из хромоникелевой стали. Установка зазора между валками обеспечивается винтовым нажимным механизмом с электромеханическим приводом, уравновешивание верхнего валка с подушками осуществляется рычажно-грузовым механизмом. Каждый валок приводится во вращение электродвигателем постоянного тока МП-110-65 мощностью 6800 кВт, 0—60—90 об/мин через универсальные шпиндели с вкладышами скольжения.

На рис. 4 показана калибровка валков блюминга. Прокатка слитка производится в первом широком калибре. По мере уменьшения сечения раскат передается в ящичные калибры II, III, IV (см. рис. 4). Если на блюминге прокатывают небольшое количество слябов, то первый калибр выполняют посередине валка для равномерного распределения усилия прокатки на левый и: правый подшипники. Заданную ширину (до 1000 мм) обеспечивают пропуском сляба на ребро через ящичные калибры. За 9-13 пропусков через валки слитки прокатываются в блюмы сечением 300×300—370×370 мм.

Кантовка раскатов перед нечетными пропусками и установка их по длине бочки валка против нужного калибра обеспечиваются крюковым кантователем, встроенным в линейку манипулятора, и манипуляторами, установленными с обеих сторон рабочей клети. Окалина, образовавшаяся на поверхности слитка в процессе нагрева, разрушается при первых пропусках через валки с небольшим обжатием и смывается водой. Под рабочей клетью имеется канал, по которому окалина потоком воды транспортируется в отстойную яму 6 (см. рис. 3). Прокатанные блюмы поступают на машину огневой зачистки 7, установленную после рабочей клети, и транспортным рольгангом передаются на участок ножниц 8.

На ножницах производится обрезь переднего и заднего концов блюма для удаления усадочной раковины и дефектных концевых участков, а также резка блюма на мерные длины. Обрезь при прокатке углеродистой кипящей стали составляет 3-5 %, при прокатке спокойной стали — до 17,5% от массы слитка. Обрезанные части блюмов попадают на конвейер, которым загружаются железнодорожные платформы.

Для исключения пересортицы производится клеймение блюмов и обрези. Зачищенные и обрезанные блюмы по рольгангу 9 поступают для дальнейшей прокатки на непрерывный заготовочный стан. На блюминге 1300 возможна прокатка слябов толщиной 100-200 мм и шириной до 1000 мм. Годовая производительность автоматизированного блюминга 1300 составляет 5,5-6 млн. т слитков. При специализированном листовом производстве в качестве обжимного стана устанавливается слябинг с диаметром валков 1150— 1250 мм. В рабочей клети слябинга предусмотрены вертикальные валки, которые обеспечивают обжатие по ширине. На слябинге прокатывают слитки массой до 30 т в слябы толщиной 150-300 мм и шириной 1000— 1550 мм. Производительность слябинга составляет 6,5 млн. т слитков в год.

Производство заготовок

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов в заготовки сортовых, проволочных и трубопрокатных станов. В зависимости от специализации заготовочные станы прокатывают из блюмов сечением ЗООx300—370×370 мм: крупную сортовую заготовку квадратного сечения от 125×125 до 140×140 мм и блюмы сечением 200×200 мм; сортовую квадратную заготовку сечением от 80×80 до 120×120 мм; круглую заготовку диаметром 75-300 мм для трубопрокатных станов.

На рис. 5 показана схема расположения оборудования непрерывного заготовочного стана (НЗС) 900/700/500.
Блюмы без подогрева поступают на НЗС по рольгангу 1. НЗС состоит из трех групп рабочих клетей.

Рис. 5. План расположения оборудования НЗС 900/700/500

Номинальный диаметр валков по группам рабочих клетей равен: I — 900 мм, II — 700 мм и III — 500 мм. Перед II к III группами рабочих клетей установлены кантователи 2 и 6. В линии отводящего рольганга 3 установлены ножницы усилием 8 МН для резания заготовок сечением 120×120 мм. После третьей группы рабочих клетей заготовки сечением 60×60—80×80 мм поступают на холодильник 5. Как следует из рассмотренной схемы технологического процесса прокатки заготовки на НЗС 900/700/500, в каждой группе рабочих клетей прокатка осуществляется по принципу непрерывного процесса, и поэтому необходимо добиваться постоянства секундных объемов металла в группах клетей.

При калибровке валков НЗС определяется постоянная калибровки: C=FD p n(1+S h), где F — площадь поперечного сечения прокатываемой полосы; D p — рабочий диаметр валков; n — число оборотов валков; S h — опережение металлом валков.

Прокатка в непрерывных группах рабочих клетей без подпора или большого натяжения возможна только при равенстве постоянной калибровки всех клетей в каждой группе НЗС. Расстояние между группами рабочих клетей принимается несколько большим, чем длина раската, выходящего из последней клети предыдущей группы НЗС, и добиваться постоянства между группами клетей не требуется.

Регулирование постоянной калибровки осуществляют изменением числа оборотов валков. Гибкая регулировка числа оборотов валков обеспечивается индивидуальным приводом каждой рабочей клети. За последней клетью НЗС установлены летучие ножницы 4, которыми заготовки режутся на мерные длины 8-12 м.

Скорость выхода заготовок из третьей группы НЗС 5-7 м/с. Разрезанные заготовки собираются в пачки на пакетирующем рольганге и передаются на холодильники стана.

После остывания заготовки осматривают, производят удаление дефектов поверхности.

Годовая производительность НЗС 900/700/500 составляет ~ 5 млн. т.

На сортовых прокатных станах получают профили круглого сечения диаметром до 220 мм, квадратного сечения со стороной квадрата от 8 до 220 мм, прямоугольного сечения высотой от 4 до 60 мм и шириной от 12 до 350 мм, равнобокие и неравнобокие уголки с шириной полки от 16 до 250 мм, балки и швеллеры высотой до 300 мм, катанку диаметром 5-9 мм. Швеллеры и балки высотой до 600 мм прокатывают на рельсо-балочных станах и на специальных балочных прокатных станах высотой до 1000 мм, шириной полок до 420 мм.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Организации и стратегии развития промышленных предприятий

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по учебной дисциплине

«ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОИЗВОДСТВА»

Тема 5. Технология производства стального проката

Самара 2014

Введение

1. Исходный материал для прокатного производства

2. Подготовка металла к прокатке

2.1 Зачистка слитков

2.2 Зачистка полуфабрикатов

2.3 Нагрев металла перед прокаткой

3. Прокатка стали

4. Принципиальная схема производства

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Решение экономических, социальных и других задач предприятия непосредственно связано с быстрым техническим прогрессом производства и использования его достижений во всех областях хозяйственной деятельности. На предприятии он осуществляется тем эффективней, чем совершеннее на нем техническая подготовка производства, под которой понимается комплекс конструкторских, технологических и организационных мероприятий, обеспечивающих разработку и освоение производства новых видов продукции, а также совершенствование выпускаемых изделий. Запуск в производство изделий, прошедших полную техническую подготовку, позволяет добиться высокой рентабельности их выпуска уже через 1-2 года.

Прокатное производство металлоизделий, являющееся завершающим этапом металлургического цикла, в последние годы очень широко применяется на машиностроительных и приборостроительных предприятиях, поскольку является прогрессивным способом металлообработки, позволяющим обеспечить высокое качество продукции, огромную производительность и экономическую эффективность. В некоторых случаях прокатка стали является единственным способом производства изделий, в частности, листов, труб, высокопрочных сортовых профилей. По качеству выпускаемых изделий и производительности прокатка не имеет себе равных среди других способов металлообработки.

Важнейшим преимуществом прокатки является то, что наряду с формоизменением заготовки сплаву придают уникальные прочностные свойства.

Поэтому не менее 80% выплавляемых металлов и сплавов прокатывается, что позволяет многие предприятия обеспечить высококачественными заготовками и готовыми профилями (рельсы, балки, профили для рессор и пружин, колес, напильников, зубил, деталей автомобилей, тракторов, сельскохозяйственных машин и т.п.).

Целью данной работы является исследование технологии производства стального проката и составление схемы производства с указанием основных его этапов.

металл слиток блюм прокатка сталь

1 . Исходный материал для прокатного производства

Исходным материалом для прокатного производства являются слитки и полуфабрикаты (блюмы, слябы, заготовки и сутунки) различных форм, размеров и марок сталей.

К основным параметрам слитков, влияющим на качество, относятся их развес, форма и соотношение геометрических размеров. Параметры зависят от химического состава и назначения металла.

Развес слитков для прокатного производства может колебаться в широких пределах от 100 кг до 50 т и выше. Следует отметить, что если раньше слитки среднелегированных и высоколегированных марок сталей отливали преимущественно небольших развесов, то в последнее время технология прокатного производства настолько прогрессировала, что появилась возможность получать готовую продукцию средне- и высоколегированной стали из слитков большого развеса.

Форма слитков бывает самая разнообразная: квадратная, прямоугольная, круглая, многогранная, волнистая и др., но наиболее распространенными формами являются квадратная, прямоугольная и круглого сечения. При этом в одинаковой степени применяются как слитки, уширенные кверху, так и уширенные книзу.

Современное состояние технологии выплавки и разливки стали в изложницы не гарантируют получения слитков с одинаковым химическим составом по сечению и высоте, при этом, чем больше развес слитков, тем более резко проявляется их химическая неоднородность.

В процессе охлаждения металла в изложнице и кристаллизации слитка образуются внутренние дефекты (усадочные раковины, сегрегация химических элементов, газонасыщенность и др.), которые последующим технологическим переделом устраняются или уменьшаются. Кроме того, встречаются внутренние дефекты, не связанные со спецификой технологии выплавки и разливки, а являющиеся результатом нарушения установленной технологии выплавки, разливки и охлаждения слитков (плохое раскисление металла, низкая или высокая температура и скорость разливки и др.). К числу таких дефектов относятся: неметаллические включения, пузыри, усадочная рыхлость, осевая и центральная повышенная ликвация, пятнистая ликвация, древовидный излом, внутренние трещины в слитках и др.

Кроме вышеуказанных дефектов, нарушение технологии производства или неправильно выбранный режим той или иной операции сталеплавильного производства может привести к образованию также поверхностных дефектов. К наиболее часто встречающимся поверхностным дефектам относятся рванины, поперечные и продольные трещины, плены, осповины, шлаковые включения и др., которые подлежат удалению с поверхности слитков.

Качество стального слитка определяется степенью развития дефектов и возможностями их устранения без снижения технико-экономических показателей производства при условии получения готовой продукции в строгом соответствии с ГОСТом.

Влияние внутренних дефектов слитков может быть несколько снижено или локализовано за счет дальнейшей правильной технологии передела, а поверхностные дефекты должны быть удалены непосредственно со слитка или же в случае горячего посада с полуфабриката.

Наиболее часто встречающиеся пороки прокатного происхождения следующие: перегрев, пережог, закат, царапины, флокены, по геометрическим размерам, обезличенные и др.

Перед посадкой в нагревательные колодцы и печи слитки подвергаются контролю по состоянию поверхности и по правильности маркировки.

Контроль состояния поверхности слитков производится путем внешнего осмотра либо непосредственно перед посадкой в нагревательные колодцы при горячем всаде, либо в случае применения слитков холодного всада, на адъюстаже сталеплавильного цеха. Слитки не должны иметь поверхностных дефектов, размеры которых превышают нормы, установленные техническими условиями. В зависимости от марки стали, назначения, глубины залегания, и протяженности дефектов могут быть применены те или иные способы зачистки поверхности.

Для предупреждения возможности перепутывания, обезличивания слитков чрезвычайно важна правильная организация учета и маркировки слитков.

Слитки, предназначенные для холодного посада, специально маркируются при помощи металлических скоб с нанесением на них номера плавки и марки стали. Скобы устанавливаются в надставку слитка до разливки металла.

Если слитки плавок, предназначенных для горячего посада, направляются на склад, на одной из боковых граней каждого слитка наносится краской номер плавки и марки стали.

Общее количество поступивших слитков данной плавки, а также количество годных и забракованных контролируются сопоставлением с данными паспорта плавки.

Блюмы, слябы и заготовки после охлаждения подвергаются, прежде всего, контролю состояния поверхности (внешним осмотром после удаления окалины с поверхности металла).

Удаление окалины в зависимости от специфики производства, марки стали, назначения металла может быть произведено травлением в кислотах, дробеструйными установками или другими способами.

На поверхности полуфабриката не должно быть дефектов в виде трещин, плен, рванин, закатов, рисок и др. Обнаруженные дефекты обводят мелом и удаляют. Удаление поверхностных дефектов в зависимости от марки стали, назначения заготовок, размеров пороков и особенности производства может быть произведено огневой зачисткой, пневматической вырубкой, строжкой и другими методами.

2. Подготовка металла к прокатке

Технологический процесс прокатного производства в различных стадиях обработки металла (нагрев, прокатка, охлаждение и др.) связан с неравномерностью изменения отдельных частей объема металла, что вызывает в последнем различные по знаку и величине напряжения.

Неоднородность структуры металла, расположение и свойства различных кристаллов, наличие внутренних и внешних пороков в металле усугубляет неравномерность распределения напряжений в процессе обработки металла давлением.

Все пороки металла, будучи местами повышенной, концентрации напряжений и подвергаясь растягивающим напряжениям в процессе прокатки, могут привести к образованию местных хрупких разрушений до того, как среднее напряжение дойдет до предела текучести.

Не удаленные с поверхности слитков и заготовок пороки передаются готовому сорту. При этом чем меньше размер готового профиля, тем большую поверхность этот порок поражает и тем большая требуется затрата энергии для удаления порока. Часто пороки, которые легко можно было бы удалить со слитка или полуфабриката, переходя в готовый сорт, превращают его в окончательный брак.

Различными опытами и исследованиями установлено, что повышение концентрации напряжения тем больше, чем глубже порок расположен в металле, и чем меньше угол между сторонами порока.

Максимальное напряжение на поверхности металла, пораженного дефектами, может быть определено по формуле С. И. Губкина:

у макс - напряжение у конца трещины;

у ср - среднее сопротивление деформации;

р - радиус закругления у вершины надреза;

С - глубина трещины.

Влияние поверхностных дефектов, на понижение прочности материала показано опытами, проведенными акад. А. Ф. Иоффе, над кристаллами каменной соли.

Кристаллы каменной соли подвергались разрыву в сухом виде и в воде. Было установлено, что предел прочности сухих образцов равняется 0,5 кг/мм2, а предел прочности подобных образцов при разрывах их в воде равнялся 200 кг/мм2.

Такое резкое повышение предела прочности кристаллов соли объясняется главным образом тем, что в воде растворился поверхностный слой соли, на котором имелись микротрещины, являющиеся источниками повышенной концентрации напряжений.

Удаление поверхностных пороков с металла является ответственной и трудоемкой операцией прокатного производства от тщательности, выполнения которой зависит качество готовой продукции и технико-экономические показатели производства.

2.1 Зачистка слитков

При посадке слитков в нагревательные колодцы в холодном состоянии зачистка пороков поверхности слитков производится в холодном состоянии, перед их нагревом.

Может также производиться огневая зачистка пороков поверхности слитков, как горячего, так и холодного всада.

Иногда для слитков, главным образом горячего всада, зачистка пороков поверхности слитков не производится.

Ни одна из схем зачистки пороков поверхности слитков не гарантирует полностью от необходимости последующей зачистки полуфабриката. Конечно, после предварительной зачистки слитков поверхностных пороков на полуфабрикате будет значительно меньше.

Наиболее эффективным способом, который получает большое распространение, является огневая зачистка горячего раската.

Преимущества этого способа перед остальными особенно ощутимы при применении специальных машин непрерывной, сплошной огневой зачистки поверхности горячего раската, установленных в общую линию прокатного стана по пути движения раската.

Слитки ряда ответственных легированных сталей перед удалением пороков с их поверхности подвергаются различным видам термической обработки.

К основным видам термической обработки слитков перед зачисткой относятся: отжиг, нормализация с отпуском, гомогенизация.

Отжиг и нормализация с отпуском необходимы, чтобы снять внутренние напряжения, образовавшиеся в слитках в процессе охлаждения, которые могут при определенных условиях нагрева и прокатки привести к образованию пороков в слитках, смягчить сталь для облегчения зачистки поверхностных дефектов и уменьшить флокеночувствительность металла.

Гомогенизация (диффузионный отжиг), кроме того, несколько выравнивает химический состав металла.

2.2 Зачистка полуфабрикатов

С целью обнаружения поверхностных пороков на полуфабрикате его подвергают предварительной очистке от окалины.

Окалина, покрывающая поверхность углеродистого металла, состоит в основном из трех слоев: верхнего - окисла Fe2О3, среднего - окисла Fе3О4, и нижнего - закиси FeO. В окалине, покрывающей поверхность легированных и высоколегированных сталей, кроме того, содержатся еще в небольших количествах окислы легирующих элементов (от 2 % до 3%). В состав основных слоев окалины входит примерно от 20 % до 50% окислов Fe2О3 и Fе3O4 и от 50 % до 80% закиси FeO.

В зависимости от химического состава стали применяют различные кислоты. Для травления полуфабрикатов из низколегированной и углеродистой стали применяют, в основном, раствор серной кислоты.

Для травления полуфабрикатов, чистого сорта, а также горячекатаных полос и листов из нержавеющих сталей применяют водные растворы соляной, серной, азотной или фтористоводородной кислот разных концентраций и в различных комбинациях.

Контроль водного раствора кислоты производится следующим образом. Свежий раствор перемешивают. Из глубины ванны свинцовым или кислотоупорным стаканом отбирают пробу. В стакан опускают термометр и ареометр и определяют плотность при соответствующей температуре, исходя из чего определяют удельный вес раствора. Из стаканчика с раствором пипеткой отбирают в колбу 10 см3 раствора и добавляют 3-4 капли метилоранжа. Титруют, добавляя в раствор по каплям из бюретки щелочной раствор едкого натра, до изменения красного цвета раствора в зеленый. По делениям бюретки определяют количество израсходованной щелочи, а по количеству израсходованной щелочи и удельному весу раствора устанавливают содержание в растворе кислоты и купороса.

Качество травления проверяется внешним осмотром поверхности заготовок. Хорошо протравленный металл должен иметь гладкую поверхность ровного светло-серого цвета, без остатков не вытравленной окалины, следов перетрава и других дефектов.

За последние годы получил распространение непрерывный способ удаления окалины с поверхности полуфабриката, сортового проката листов и полос с помощью дробеструйных установок различных конструкций.

Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению с травлением металла в кислотах, основные из которых отсутствие пороков травления и потерь здорового металла. При производстве полуфабриката и сортового проката из легированной и высокоуглеродистой стали применяется также абразивный способ удаления окалины, представляющий собой разновидность фрезерования металла зернами абразивного круга.

Сущность этого метода заключается в сошлифовке на поверхности металла змейки или колец с шагом 100 мм - 200 мм.

Однако этот способ имеет ряд весьма существенных недостатков, из которых основными являются низкая производительность, значительные потери здорового металла и небольшая величина поверхности металла, очищаемой от окалины.

Очистка грубой окалины с поверхности полуфабриката и крупного сортового проката углеродистых и низколегированных сталей может производиться отбивкой посредством пневматических молотков, с последующей зачисткой металлическими щетками. Этот способ не обеспечивает достаточно полного удаления окалины, особенно нижнего слоя, и не дает возможности качественно выявить поверхностные дефекты металла. Им можно пользоваться лишь в том случае, если поверхность металла достаточно чиста или же по условиям поставки допускаются незначительные пороки на поверхности.

В последнее время для удаления с поверхности металла окалины также начал применяться газопламенный способ, основанный на нагреве поверхности металла специальными многопламенными горелками, которые перемещаются вдоль обрабатываемого металла на тележках.

Для удаления пороков с поверхности полуфабриката можно использовать такие способы, как огневая зачистка, электродно-дуговая зачистка, обдирка на токарно-обдирочных станках, строжка на строгальных станках, фрезерование на специальных станках, пневматическая вырубка молотками и абразивная зачистка наждачными кругами.

При производстве высоколегированных сталей (нержавеющих, жаропрочных и др.) слитки, заготовки и слябы могут подвергаться сплошной обдирке поверхностного слоя на специальных токарных и строгальных станках большой мощности. Основное преимущество этого способа зачистки заключается в том, что при этом удаляются все поверхностные дефекты и обеспечивается получение значительно более чистой поверхности полуфабриката по сравнению с другими видами зачистки металла, так как обдирка слитков производится до полного удаления поверхностных пороков.

Основные недостатки обдирки - низкая производительность, большие потери здорового металла (до 10%) и необходимость предварительной термической обработки некоторых сталей перед зачисткой.

2.3 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 90% времени всего цикла производства проката.

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.

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. 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, от которых 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.

3 . Прокатка металла

Прокаткой называют процесс пластического формоизменения материала, последовательно увлекаемого в очаг деформации силами трения, действующими на контактной поверхности «деформируемая заготовка - движущийся инструмент».

При прокатке одновременно подвергается пластической деформации не весь объем материала, а лишь его часть, находящаяся в очаге деформации. Это позволяет обрабатывать большие массы материала при оптимальных энергозатратах и размерах оборудования, производить обработку с огромными скоростями, обеспечивать высокую точность получаемых изделий при минимальном износе инструмента.

Прокатка является одним из наиболее прогрессивных способов получения готовых металлоизделий и занимает ведущее положение среди существующих способов обработки металлов давлением.

Различают три основных способа прокатки, отличающиеся направлением обработки или характером выполнения деформации: продольная, поперечная и поперечно-продольная (винтовая). Каждый из этих способов можно производить при нагреве обрабатываемых заготовок (горячая) и без нагрева (холодная прокатка).

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. 3.1а).

Поперечная прокатка - это деформация металла двумя валками, вращающимися в одну сторону; ось прокатки параллельна большим осям валков (рис. 3.1б).

Рис. 3.1 а) схема продольной прокатки; б) схема поперечной прокатки.

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. 3.2). Такое расположение валков придает металлу вращательное и поступательное движение.

Рис. 3.2 Схема косой прокатки

Последние два способа прокатки предназначены для изготовления изделий в виде тел вращения (трубы, шары и т. д.).

Технологический процесс прокатки предварительно зачищенной и нагретой стали включает в себя следующие операции:

1) резка проката на мерные длины;

2) охлаждение;

3) термообработка;

4) правка;

5) отделка;

6) контроль качества.

К технологическим параметрам прокатки относят: температуру деформируемой заготовки, частное (за один проход между валками) и общее обжатие заготовки, скорость прокатки (скорость выхода заготовки из валков может достигать до 100 м/с), диаметр валков и коэффициент контактного трения между инструментом и деформируемой заготовкой. Для характеристики деформации при прокатке используют абсолютные и относительные показатели:

Абсолютное обжатие;

Относительное обжатие;

Коэффициент вытяжки, где:

h0 - высота заготовки до деформации;

h1 - высота заготовки после деформации;

L0 - длина заготовки до деформации;

L1 - длина заготовки после деформации.

Абсолютное и относительное обжатие заготовки за один проход ограничено условием захвата металла прокатными валками, а также их прочностью. Поэтому в зависимости от условий прокатки относительное обжатие за проход обычно не превышает 0,35 - 0,45. Кроме того, определенные ограничения накладывают физико-механические свойства деформируемого материала, особенно при холодной прокатке.

Основным деформирующим инструментом для прокатки металлоизделий обычно являются прокатные валки, в редких случаях используется и плоский клиновой инструмент. При изготовлении труб используют оправки (короткие, длинные, плавающие), назначение которых - оформлять внутреннюю поверхность полых изделий.

Валок состоит из рабочей части, или бочки, двух опор, или шеек, и хвостовика для передачи крутящего момента вращающемуся валку. Валки бывают цельные и составные, ручьевые и безручьевые (с гладкой цилиндрической или конической поверхностью, например, для прокатки листов или сортового профиля). Прокатные валки являются деформирующим инструментом, воспринимающим высокие удельные и суммарные давления и работающим в тяжелых условиях (температура, трение скольжения). Валки изготавливают из чугуна, стали и твердых сплавов. Обычно рабочая поверхность валков должна иметь высокую твердость, особенно при холодной прокатке, которая характеризуется большими удельными нагрузками. Диаметр рабочей поверхности валка в зависимости от назначения прокатного оборудования может лежать в широких пределах - от 1 мм до 1800 мм.

Малые диаметры применяют при холодной прокатке высокопрочных сплавов. В этом случае для обеспечения их нормальной эксплуатации применяют так называемые опорные валки, которые устанавливаются в специальных многовалковых клетях.

Прокатку осуществляют на специальном оборудовании, которое принято называть прокатным станом.Он включает комплекс технологических машин и устройств. Основное оборудование прокатного стана предназначено для выполнения главной операции в технологическом процессе - прокатки, т.е. для осуществления вращения валков и непосредственной пластической деформации заготовки для придания ей необходимой формы, размеров и свойств. Это оборудование принято называть главной линией прокатного стана. Различают станы: одновалковые, двухвалковые, многовалковые, линейные, непрерывные, полунепрерывные, заготовочные, листовые, сортовые, балочные, специальные и т.д.

Помимо пластической деформации, на прокатном стане выполняют другие разнообразные операции, включающие в себя как рассмотренную выше подготовку к прокатке, так и транспортировку, отделку и контроль качества готовой продукции.

Транспортные устройства перемещают заготовки вдоль и поперек стана, поднимают и опускают, поворачивают вокруг горизонтальной и вертикальной оси. К ним относят: рольганги, манипуляторы, кантователи и поворотные механизмы, подъемно-качающие столы, опрокидыватели, слитковозы и т.д. Оборудование для отделки и контроля проката включает: устройства для резки металла, машины для правки проката, устройства для термообработки проката, агрегаты для металлических и полимерных покрытий, устройства и приборы для контроля качества проката, машины для увязки и пакетирования проката.

4 Принципиальная схема производства

Заключение

Прокатное производство является одним из важнейших и прогрессивных этапов металлургического производства, где слитки или литую заготовку перерабатывают в готовые изделия, т.е. прокат различных форм и размеров. Сущность процесса прокатки состоит в обработке металла давлением для придания ему требуемой формы и размеров, для чего слиток или заготовку пропускают нужное количество раз между вращающимися валками определенного профиля.

Без преувеличения можно сказать, что прокатная промышленность имеет огромное значение. Стоит признать, что металлургическая промышленность является одной из ключевых составляющих технологической эры двадцатого, а теперь уже и двадцать первого века. Это капиталоемкая и долгосрочная отрасль мировой индустрии, с впечатляющим масштабом. Именно поэтому поддержание конкуренции, основанной на непрерывном совершенствовании технологического обеспечения, важно для производства.

Список использованной литературы

1.Пейсахов А.М., Кучер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов: Учебник для студ. немашиностроительных спец. / Пейсахов А.М., Кучер А.М., А. М. Кучер. - УМО, 3-е изд. - СПб.: Изд-во Михайлова В.А., 2005. - 416с.

2.Основы отраслевых технологий и организации производства. / Под ред. Аносова Ю.М., Бертенева Л.Л. - СПб.: «Политехника», 2002. - 312 с.

3.Технология важнейших отраслей промышленности. / Под ред. Гинберга А.М., Хохлова Б.А. - М.: «Высшая школа», 1985. - 496 с.

4.Шепелев А.Ф., Туров А.С., Елизаров Ю.Д. Технология производства непродовольственных товаров. Серия «Учебники, учебные пособия». - Ростов-на-Дону: «Феникс», 2002. - 288 с.

5.Уланов В.Г. Металлосберегающие технологические процессы в машиностроении: Учеб. пособие. - Самара: Изд-во СГЭА, 2003. - 112 с.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Металл для прокатного производства. Подготовка металла к прокатке. Зачистка слитков, полуфабрикатов. Нагрев металла перед прокаткой. Прокатка металла. Схемы косой, продольной и поперечной прокатки. Контроль технологических операций охлаждения металла.

реферат , добавлен 04.02.2009


Сущность процесса прокатки металла. Очаг деформации и угол захвата при прокатке. Устройство и классификация прокатных станов. Прокатный валок и его элементы. Основы технологии прокатного производства. Технология производства отдельных видов проката.

реферат , добавлен 18.09.2010


Технологическая схема обработки материалов давлением, обоснование выбора типа печи, конструкция ее узлов, расчет горения топлива и нагрева заготовки. Количество тепла, затрачиваемого на нагрев металла, потери в результате теплопроводности через кладку.

курсовая работа , добавлен 19.01.2016


Конструктивно-технологическая характеристика изделия. Описание сплава АМг6. Течение металла при горячей прокатке. Выбор прокатного стана, размеров слитка и режимов обжатий. Технология производства листов. Режимы их окончательной термической обработки.

курсовая работа , добавлен 07.10.2013


Нагрев металла перед прокаткой. Автоматизация процесса нагрева металла. Выбор системы регулирования давления. Первичный измерительный преобразователь перепада давления. Метод наименьших квадратов. Измерение и регистрация активного сопротивления.

курсовая работа , добавлен 25.06.2013


Роль и задачи холодной прокатки металла. Детальный анализ технического процесса производства холоднокатаного листа. Характеристика колпаковых печей. Принципы работы дрессировочных станов. Устройства управления, используемые на производстве проката.

отчет по практике , добавлен 25.06.2014


Конструкция сталеразливочных ковшей. Характеристика устройства для регулирования расхода металла и установок для продувки стали инертным газом. Вакуумирование металла в выносных вакуумных камерах. Продувка жидкого металла порошкообразными материалами.

реферат , добавлен 05.02.2016


Характеристика производства холоднокатаных листов. Исходная заготовка и ее подготовка к прокатке, типы станов холодной прокатки. Технология производства листов из углеродистой стали, виды дефектов и их предотвращение, технико-экономические показатели.

курсовая работа , добавлен 17.12.2009


Технологическая схема производства. Исходная заготовка сортового стана. Нагрев заготовки и выбор станка. Агрегаты и механизмы стана. Агрегаты и механизмы линии стана. Агрегаты и механизмы поточных технологических линий цеха. Охлаждение проката и отделка.

курсовая работа , добавлен 10.01.2009


Выбор стали для заготовки, способа прокатки, основного и вспомогательного оборудования, подъемно-транспортных средств. Технология прокатки и нагрева заготовок перед ней. Расчет калибровки валков для прокатки круглой стали для напильников и рашпилей.