Основы технологии прокатки на реверсивных станах

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 

№ 1850 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС t 

Кафедра машин и агрегатов металлургических предприятий 

B.Б. Шишко 
В.А. Трусов 
Н.А. Чиченёв 

Основы технологии 
прокатки на реверсивных 
станах 

Учебное п о с о б и е 

Допущено учебно-методическим объединением 
по образованию в области металлургии в качестве 
учебного пособия для студентов высших учебных 
заведений, обучающихся по специальностям 
Обработка металлов давлением 
и Металлургические машины и оборудование 

Москва Издательство ´УЧЕБАª 2007 

УДК 621.771 
Ш65 

Рецензент 
д-р техн. наук, проф. А.Г. Кобелев 

Шишко В.Б., Трусов В.А., Чиченёв Н.А. 
Ш65 
Основы технологии прокатки на реверсивных станах: Учеб. 
пособие. – М.: МИСиС, 2007. – 92 с. 

Изложены основные принципы расчета технологических параметров 
прокатки на реверсивных станах; рассмотрены принципы построения схем 
обжатий, расчета скоростных режимов и энергосиловых параметров. Приведены геометрические соотношения и способы построения калибров для прокатки блюмов и крупных заготовок, а также варианты их монтажа (расположения) на валках реверсивных станов. На практическом примере рассмотрены различные схемы обжатий (прокатки), их преимущества и недостатки. 
Приведены примеры практического расчета скоростных режимов и энергосиловых параметров прокатки. 

Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 150106 
«Обработка металлов давлением» и 150404 «Металлургические машины и 
оборудование». 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (технологический 
университет) (МИСиС), 2007 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Предисловие 
4 

Условные обозначения 
5 

Введение 
6 

1. Сортамент блюмов, слябов и заготовок 
8 

2. Режимы обжатий при прокатке блюмов 
12 

3. Уширение и кантовка раската 
23 

4. Форма и размеры калибров 
24 

5. Монтаж калибров на валках 
28 

6. Порядок расчета схемы обжатий блюмов 
30 

7. Режимы обжатий при прокатке слябов 

на блюмингах-слябингах 
44 

8. Особенности расчета режимов обжатий при прокатке слябов 

на слябингах 
48 

9. Скоростной режим прокатки на реверсивных станах 
51 

10. Продолжительность участков проходов 
58 

11. Порядок расчета скоростного режима 
63 

12. Усилие прокатки 
71 

13. Крутящий момент прокатки 
74 

14. Порядок расчета энергосиловых параметров прокатки 
82 

Заключение 
90 

Библиографический список 
91 

3 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Реверсивные станы занимают с точки зрения технологии прокатки 
особое место среди сортопрокатных станов. К ним следует отнести 
не только блюминги и слябинги, но и реверсивные обжимные клети 
крупно- и среднесортных станов. Прокатка на таких станах характеризуется нестабильным скоростным режимом и появлением, как 
следствие, значительных динамических нагрузок, вызванных разгоном и замедлением двигателя в процессе каждого прохода. Отсюда 
вытекает необходимость обучения специалистов умению решать задачи по выбору наиболее рациональных режимов прокатки, в том 
числе схем обжатий и скоростных режимов. 

Данное учебное пособие является третьим в серии учебнометодической литературы, посвященной выбору рациональных технологических режимов пластического формоизменения металла и 
разработке соответствующей калибровки валков сортопрокатных 
станов. В рамках подготовки инженера-технолога по специальности 
150106 «Обработка металлов давлением» и инженера-механика по 
специальности 150404 «Металлургические машины и оборудование» 
подобные проблемы рассматриваются в дисциплинах, посвященных 
теории и технологии процессов сортовой прокатки. 

В работе, изданной авторами в 2003 г., изложены основные принципы калибровки валков для прокатки сортовых профилей простой 
формы. Второе пособие посвящено основам калибровки валков для 
прокатки фасонных профилей. В данном учебном пособии фундаментальные положения теории обработки металлов давлением применены для решения конкретных задач, возникающих при разработке технологии прокатки на реверсивных станах. Приведены примеры 
практических расчетов, которые облегчают усвоение приемов разработки технологии прокатки на реверсивных станах. 

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по указанным выше специальностям, и может быть использовано при проведении практических занятий, и выполнении курсовых и дипломных 
проектов. Оно может быть полезно инженерам-технологам для разработки научно обоснованных режимов прокатки на реверсивных 
станах, а также инженерам-механикам, занимающимся эксплуатацией реверсивных прокатных станов. 

4 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

h, b, l - линейные размеры элементов калибра, раската и валков, мм 
А 
- площадь поперечного сечения, мм2 

А 
- выпуклость дна калибра, мм 

r 
- радиусы закруглений в калибре, мм 

s 
- зазор между буртами валков, мм 

ф 
- выпуск калибра, град, рад 

D, d, R - диаметры и радиусы валков; мм 
Н, В 
- размеры слитка (исходной заготовки), мм 

G 
- масса слитка (исходной заготовки), т 

q 
- плотность металла, т/м3 

Лh 
- обжатие металла, мм 

Аb 
- уширение металла, мм 

m 
- количество проходов, 

а 
- угол захвата, град, рад 

е 
- относительное обжатие металла 

u 
- скорость деформации, с 1 

Т 
- температура металла, °С 

f 
- коэффициент трения 

σ 
- сопротивление деформации, МПа 

р 
- давление металла на валки, МПа 

F 
- усилие прокатки, кН 

\|/ 
- коэффициент плеча приложения равнодействующей усилия 

прокатки 

M 
- момент, к Н м 

v 
- окружная скорость валков, м/c 

n 
- частота вращения валков, об/мин 

W 
- условные обороты валков 

у 
- ускорение, об/мин/с 

t 
- время, с 

Л 
- коэффициент полезного действия 

5 

ВВЕДЕНИЕ 

Определяющим направлением развития металлургии является 
улучшение качества, расширение сортамента, снижение энергетических и материальных затрат на производство эффективных видов 
металлопродукции. В решении этой проблемы при производстве металлопроката одно из ведущих мест занимает повышение эффективности прокатки слитков на блюмингах, слябингах и реверсивных обжимных клетях сортопрокатных станов. 

Важное место в общем цикле металлургического производства 
занимает прокатка как один из видов обработки давлением. Через 
прокатные цехи проходит до трех четвертей всей выплавляемой стали. При этом подавляющая масса стали, разливаемой в слитки, прокатывается на мощных блюмингах и слябингах. 

Во второй половине ХХ в. в мировой практике в качестве альтернативы разливки стали в изложницы интенсивное развитие получила 
технология непрерывной разливки на специальных установках. Были 
созданы машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), на которых 
разливаются слябы для листопрокатного производства, а также блюмы 
и сортовые заготовки для сортопрокатного производства. В результате 
стало возможным исключить из цикла производства металлопроката 
передел, связанный с прокаткой на блюмингах и слябингах. 

К настоящему времени в мире доля непрерывной разливки стали 
составляет примерно 80 %, а в некоторых странах превышает 90 %, в 
том числе около 44 % приходится на блюмы и сортовые заготовки. 
Однако в нашей стране на долю непрерывной разливки приходится 
только около 37 % стали, и на многих металлургических заводах пока еще не представляется возможным исключить из цикла производства металлопроката передел, связанный с прокаткой на блюмингах 
или слябингах. Кроме того, многие сортовые станы имеют в своем 
составе реверсивные обжимные клети, которые с точки зрения технологии прокатки аналогичны блюмингам, независимо от использования литой или предварительно обжатой заготовки. Поэтому вопросы, связанные с разработкой и совершенствованием технологии прокатки на реверсивных станах, не теряют своей актуальности. 

От уровня рациональности технологии прокатки зависят производительность стана, качество и себестоимость проката, безаварийная 
работа оборудования, а также возможности автоматизации технологического процесса. Проектирование технологии прокатки на ревер
6 

сивных станах требует большого инженерного опыта. Ошибки приводят к значительным потерям металла, а также к преждевременному 
выходу из строя оборудования и в первую очередь электродвигателей главного привода. Все это влечет за собой потерю значительных 
материальных средств. 

В основу данного учебного пособия положен многолетний опыт 
преподавания аналогичных дисциплин в Московском государственном институте стали и сплавов (технологическом университете) 
слушателям факультета послевузовского образования, на курсах повышения квалификации и переподготовки кадров на ряде металлургических предприятий, а также студентам, обучающимся по специальностям 150106 «Обработка металлов давлением» на кафедре пластической деформации специальных сплавов и 150404 «Металлургические машины и оборудование» на кафедре машин и агрегатов металлургических предприятий. 

7 

1. СОРТАМЕНТ БЛЮМОВ, СЛЯБОВ 
И ЗАГОТОВОК 

Прокат, получаемый на специальных обжимных станах – блюмингах, блюмингах-слябингах и слябингах, называется блюмом или 
слябом соответственно и является полупродуктом, т.е. представляет 
собой промежуточный продукт технологического процесса, предназначенный для дальнейшей обработки. К полупродуктам относятся 
также различные типы заготовок, прокатываемых на заготовочных 
станах, и сутунка (плоская заготовка толщиной от 4 до 35 мм для 
поштучной или пакетной прокатки тонких листов толщиной 
0,18…3,00 мм). 

Блюм – полупродукт металлургического производства в виде заготовки квадратного сечения, прокатанной из слитка на блюминге 
(со стороной квадрата 140…450 мм) или полученной на МНЛЗ (со 
стороной более 100 мм). Блюмы служат исходной заготовкой для 
заготовочных и сортопрокатных станов. По форме поперечного сечения прокатывают блюмы квадратные (или близкие к ним) с закругленными углами и фасонные. Сортамент квадратных блюмов 
определен ГОСТ 4693–77 и включает 18 типоразмеров от 
140×140 мм до 450×450 мм с радиусами закруглений от 20 до 60 мм; 
допустимые отклонения размеров по стороне квадрата в пределах 
5…10 мм. Длина поставляемых блюмов из сталей конструкционных 
марок при размерах поперечного сечения до 200 мм составляет 
2…6 м, от 210 до 250 мм – 1,5…4 м, от 260 до 450 мм – 1…4 м. Блюмы качественных сталей всех размеров поставляются длиной 1…4 м. 
Для крупносортных станов, в сортаменте которых имеются фасонные профили (балки, швеллеры и т.п.), на блюминге по специальным 
техническим условиям прокатывают фасонные блюмы. 

Сляб – полупродукт металлургического производства в виде заготовки прямоугольного сечения с большим отношением ширины к высоте (до 15), используемой для получения листового или полосового проката. Слябы изготавливают прокаткой слитков на обжимных станах 
(слябингах, блюмингах-слябингах и слябингах) или получают на 
МНЛЗ. ГОСТ 9137–77 предусматривает прокатку 21 типоразмера слябов толщиной от 100 до 250 мм с градацией через 5 мм до толщины 
145 мм и через 10 мм при толщине от 150 мм. По ширине слябы поставляют размером 300…2000 мм с градацией 20 мм до ширины 700 мм и 
50 мм при ширине свыше 700 мм. Допустимые отклонения размеров 

8 

слябов по толщине ±4…5мм, по ширине ±10 мм. По длине слябы поставляют в пределах от 1300 до 5000 мм. Слябы, предназначенные для 
прокатки на широкополосных станах, могут иметь длину до 10…12 м. 

В условиях производства отдельных заводов прокатка блюмов и слябов может производиться по специальным ТУ и их размеры могут отличаться от размеров, установленных соответствующими стандартами. 

Заготовки в зависимости от назначения разделяют на квадратные 
передельные, осевые, кузнечные и трубные. Заготовки передельные 
квадратные получают в основном прокаткой блюмов на непрерывнозаготовочных станах или прокаткой блюмов и слитков небольших 
размеров на линейных заготовочных станах. В соответствии с 
ГОСТ 4693–77 предусматривается прокатка заготовок 30 типоразмеров со стороной квадрата от 40 до 250 мм с радиусами закругления от 
7 до 35 мм соответственно. Длина поставляемых заготовок с размерами поперечного сечения до 100 мм – 3…9 м, от 105 до 150 мм – 
2…8 м, свыше 150 мм – 2…6 м. Заготовки всех размеров поперечного 
сечения из легированных марок сталей поставляются длиной 1…6 м. 

Заготовки осевые могут поставляться квадратного и круглого поперечного сечения. Квадратные заготовки прокатывают на блюмингах или рельсобалочных станах, и они предназначены для изготовления осей подвижного состава железных дорог широкой колеи (вагонов, тепловозов, моторных вагонов). ГОСТ 4728–72 предусматривает 
11 типоразмеров заготовок с размерами поперечного сечения от 
190×190 мм до 350×350 мм. 

Заготовки осевые круглые диаметром 150 мм прокатывают из 
блюмов на крупносортных и рельсобалочных станах. Эти заготовки 
служат для изготовления осей трамвайных вагонов. 

Кузнечные заготовки квадратного и прямоугольного сечения используют для прокатки сортовых профилей и сутунки, а также в качестве поковок на машиностроительных заводах. 

Заготовки трубные прокатывают диаметром 80…270 мм на заготовочных, специальных трубозаготовочных, рельсобалочных и сортовых станах. Они служат исходной заготовкой для производства 
бесшовных труб прессованием и на трубопрокатных станах. 

Форма слитков для прокатки блюмов (сортовые слитки) определяется двумя основными параметрами: 

– отношением высоты слитка (без прибыльной части) к диаметру 
окружности, вписанной в поперечное сечение в средней по высоте 
части слитка; 

9 

– конусностью слитка на каждую сторону. 
Форма изложниц для разливки стали приведена на рис. 1. Спокойную сталь разливают в изложницы, расширенные кверху с прибыльной надставкой (рис. 1,а). Отношение высоты к диаметру вписанной окружности слитков обычно составляет 3…3,5. Конусность 
для слитков углеродистых и легированных сталей лежит в пределах 
2…4 %, а для высоколегированных сталей – 5…7 %. Принимая во 
внимание, что конусность позволяет создать направленность затвердевания (кристаллизации) металла в изложнице, уменьшить осевую 
пористость слитка и облегчить его извлечение из изложницы, в некоторых случаях для разливки высоколегированных сталей с целью 
повышения плотности металла применяют двойную конусность: 
2...4 % в нижней части и 7...8 % в верхней части изложницы. Следует 
иметь в виду, что уменьшение высоты слитка при постоянном диаметре вписанной окружности также способствует улучшению плотности металла. 

Рис. 1. Изложницы для разливки спокойной (а) и кипящей (б) стали: 

1 – прибыльная надставка; 2 – изложница уширенная кверху; 

3 – изложница уширенная книзу; 4 – поддон 

Кипящую и полуспокойную сталь разливают в изложницы, расширенные книзу (рис. 1,б). Такие сортовые слитки обычно имеют 
отношение высоты к диаметру вписанной окружности 3...4 и конусность 1,0...2,5 %. 

10 

Соотношение сторон поперечного сечения по средним размерам 
для сортовых слитков, как правило, составляет 1,10...1,15, а масса в 
среднем 7...10 т. Такое соотношение размеров объясняется тем, что 
на блюминге число проходов нечетное и, следовательно, по одной 
стороне на один проход больше, чем по другой. Поэтому разность 
сторон среднего сечения слитка принимают равной величине среднего обжатия за проход (70...100 мм). 

Слитки для прокатки слябов имеют поперечное сечение с соотношением сторон по средним размерам 1,5...3,0 и массу 10...25 т. 

Форма листовых слитков определяется тремя параметрами: 
– отношением средней ширины к средней толщине слитка; 
– отношением высоты слитка к средней ширине; 
– конусностью широких и узких боковых граней. 
Отношение высоты к средней ширине для слитков спокойной стали обычно составляет 1,0...1,5, отношение ширины к толщине 
2,0...3,0, конусность по широкой грани 2,5...3,5 % и по узкой грани 
2,0...3,0 %. 

Листовые слитки кипящей и полуспокойной стали имеют отношение средней ширины к толщине 1,5...2,0, отношение высоты к 
средней ширине 1,2...2,0, конусность по широкой грани 2,5...3,5 % и 
конусность по узкой грани 0,9...2,0 %. 

Оптимальный развес и размеры слитка зависят от целого ряда 
факторов и в первую очередь – от химического состава стали, назначения слитков, диаметра валков и мощности привода. Слитки легированных и высоколегированных сталей, как правило, имеют меньшую массу и размеры, чем слитки углеродистых сталей. Увеличение 
развеса слитка за счет увеличения размеров поперечного сечения изза недостаточной относительной глубины проникновения деформации в первых проходах может приводить к появлению значительных 
внутренних напряжений и нарушению сплошности металла. Увеличение развеса слитков за счет увеличения их высоты повышает производительность, но оно сравнительно невелико, так как приводит к 
увеличению машинного времени. Значительно большее увеличение 
производительности достигается при увеличении конечных размеров 
блюмов и при сохранении развеса слитков. Поэтому целесообразно 
прокатывать блюмы максимально возможного поперечного сечения. 

11