Формоизменение раскатов на тлс

Форма раскатов в плане определяет величину торцевой и боковой обрези, а следовательно, и расходный коэффициент металла. Минимальная обрезь имеет место при идеально прямоугольной форме раската в плане. Однако на практике этого добиться пока невозможно.

При прокатке сляба или раската в клети с вертикальными валками раскат и его поперечные сечения приобретают вид, показанный на рис.11.

Из рисунка видно, что концы раската имеют суженную форму, причем передний конец сужен больше, чем задний. Непостоянными являются и поперечные сечения раската. Сечения I и III имеют прямоугольную форму, а сечение II характеризуется наплывами в местах контакта раската с валками (приконтактное уширение). Это объясняется явлениями, схематично представленными на рис.12.

 

Рис.11. Схема формы раската в плане после прокатки в вертикальных валках: П.К., З.К. - передний и задний концы раската; I–I, II–II, III-III – поперечные сечения раската на соответствующих участках

Сужение концов раската в вертикальных валках объясняется следующим. Пока длина переднего конца раската не достигла длины, достаточной для того, чтобы стать жесткой внешней зоной, деформация осаживания в очаге деформации распространяется не только на очаг деформации, но и на пока неполную внешнюю зону раската, которая продолжает деформироваться и после выхода из валков. Это условно представлено как дискретный процесс на рис.12 а.

Рис.12. Схемы формирования передних концов раскатов при их прокатке в вертикальных (а) и горизонтальных (б) валках

Пока не образовалась передняя внешняя зона раската, способная выдержать дополнительные напряжения, металл течет в продольном направлении. Когда внешняя зона образовалась, то приконтактные участки металла вынуждены «выпучиваться», возникает приконтактное уширение. Сечения I и III, имея прямоугольную форму, различаются по размерам - сечение I по ширине (на рис.11 – по высоте) меньше сечения III, что обусловлено большей утяжкой переднего конца раската. Оба описанных явления (утяжка концов и формирование различной их поперечной формы) объясняются особенностями условий деформации металла в высоком и узком очаге деформации.

После обжатия наплывов в средней части раската в горизонтальных валках металл их переходит на узкие грани и формирует выпуклость боковых граней в плане, то есть сужение концов усугубляется, так как на концах раскатов наплывов не было. Переход наплывов на узкие грани полностью реализуется уже в первом же пропуске в горизонтальных валках.

Веерообразное уширение концов раскатов в горизонтальных валках (см. рис.12 б) объясняется отсутствием достаточной по длине внешней зоны. Процесс прокатки переднего конца раската можно представить как его осадку. В начальный период металл крайних участков раската имеет большую возможность для течения в сторону уширения, так как с этой стороны не испытывает сопротивления других участков полосы, меньшую - в продольном направлении и совсем незначительную – в сторону соседнего участка. Металл следующих участков испытывает сопротивление движению в сторону уширения и преимущественно течет в продольном направлении. Металл центральных участков течет, главным образом, в направлении прокатки. На заднем конце раската происходят аналогичные явления, но в несколько меньшей степени, так как деформации заднего конца раската, как неполной внешней зоны, предшествует основная деформация. Следовательно, после прокатки как в горизонтальных, так и в вертикальных валках раскат имеет не только искаженную форму концов, но и становится несимметричным.

Одной из основных причин искажения формы боковых граней раската является неравномерность деформации. При значениях отношения l_д/h_ср=0,4¸0,8 пластическая деформация не проникает по всей высоте раската. В результате этого явления уширение получают только слои металла, находящиеся у контактной с валком поверхности. Поперечное сечение боковой грани принимает вид, показанный на рис.13.

Таким образом, по показателю l_Д / h_ср можно прогнозировать форму боковых кромок раската.

Образование закатов на боковых кромках раската обусловливает увеличенную боковую обрезь, а следовательно, снижает выход годного. Поэтому при прокатке плит из слитков, пока раскат еще толстый и «двойная бочка» только формируется, производят периодические обжатия раската в клети с вертикальными валками (см. технологический поток 1).

	lД / hср = 0,4-0,8. Деформация не проникает на всю глубину раската. Образуются наплывы в виде «двойной бочки».   lД / hср = 0,8. Прекращается образование наплывов, деформация проникает на всю глубину раската. Начинается смыкание наплывов.   lД / hср > 0,8. Образование заката.   lД / hср > 1. Деформация проникает на всю глубину раската. Образуется выпуклая кромка.
Рис.13. Схема формоизменения боковой кромки раската

7. Управление формой раскатов в плане

Все процессы формообразования и искажения формы раскатов происходят в начальный период прокатки, то есть, при прокатке сляба и раската в черновой клети. Поэтому и все основные способы управления формой раската в плане реализуются в черновой клети.

Первым из этих способов стало соблюдение равенства коэффициентов вытяжки металла при протяжке и разбивке ширины: m_пр = m_рш.

Схема изменения формы раската в плане при использовании этого способа показана на рис.14.

Из рисунка видно, что после протяжки появляется веерообразное уширение раската, а после кантовки и прохода для разбивки ширины происходит улучшение формы раската за счет компенсации искажения формы, происшедшего при протяжке, аналогичным его искажением после разбивки ширины.

Наличие клетей с вертикальными валками существенно расширило возможности ТЛС по управлению формой раската в плане. При этом используют сочетания характерных форм раскатов в плане, образующихся после прокатки в вертикальных и горизонтальных валках. Уже простое обжатие боковых граней сляба в вертикальных валках (калибровка слябов по ширине) дает положительный эффект, так как сужение концов сляба в вертикальных валках компенсирует последующее веерообразное уширение в горизонтальных валках.

Рис.14. Схема изменения формы раската в плане при использовании условия mпр = mрш: 1 – форма сляба; 2 – форма раската после протяжки; 3 – ожидаемая форма раската после разбивки ширины, если бы он был прямоугольным; 4 – реальная форма раската после разбивки ширины

Эффективным способом получения рациональной формы раската является предварительное обжатие торцов сляба. Последовательность операций при продольной схеме прокатки раската с разбивкой ширины и предварительной кантовкой сляба перед клетью с вертикальными валками таковы (рис.15): кантовка сляба перед клетью с вертикальными валками и обжатие торцов сляба в вертикальных валках; разбивка ширины в черновой клети; кантовка на 90° и продольная прокатка до заданной толщины подката. После черновой клети подкат передают в чистовую клеть и прокатывают вдоль до заданной толщины листа.

Рис.15. Последовательность операций (1-4) и формоизменение раската при продольно-поперечной схеме прокатки и обжатием боковых кромок сляба в вертикальных валках: 1 – форма сляба; 2 – обжатие сляба по ширине; 3 – ожидаемая форма раската после прохода в горизонтальных валках (пунктир), если бы он был прямоугольным; 4 – форма раската при прокатке в горизонтальных валках

Наиболее эффективным способом управления формой раскатов в плане является способ, одновременно предложенный в СССР и Японии, в котором либо в последнем проходе при протяжке, либо в последнем проходе при разбивке ширины прокатку раската производят с переменной по его длине деформацией, осуществляемой путем изменения раствора валков (перемещением верхнего валка черновой клети). Схема изменения формы раската при его переменном обжатии показана на рис.16.

Рис.16. Схема изменения формы раската при его переменном обжатии при протяжке (а) или при разбивке ширины (б) и форма получаемого раската

Искусственно созданная разнотолщинность за счет большего обжатия средней части раската компенсирует искажение формы раската в плане. При этом угловую скорость валков, момент включения и выключения нажимных винтов, величину их перемещения рассчитывают в ЭВМ. После освоения системы на ТЛС 5500 завода в Мидзусиме (Япония) выход годного составил 96% (выход годного на ТЛС в Украине составляет 85-88%).

В настоящее время процесс управления формой раскатов в плане путем переменного по длине раската обжатия является наиболее эффективным для условий прокатки толстых листов на ТЛС. В Украине он реализован в 2008 г. на ТЛС 3000 ОАО «Алчевский меткомбинат», в России он внедрен на ТЛС 5000 ОАО «Северсталь» в 2007 г. после установки на нем ГНУ.

С помощью этого способа возможна прокатка листов сложной формы (рис.17).