Содержание статьи
- Введение в режимы обжатий при прокатке
- Теоретические основы калибровки валков
- Расчет режимов обжатий: формулы и методики
- Таблицы обжатий для различных профилей
- Схемы прокатки и распределение по проходам
- Особенности обжатий для конкретных профилей
- Современные технологии и оптимизация
- Практические рекомендации
- Часто задаваемые вопросы
- ГОСТ 35087-2024 - Двутавры стальные горячекатаные (действует с 01.12.2024, заменил ГОСТ Р 57837-2017)
- ГОСТ 8240-97 - Швеллеры стальные горячекатаные (действующий с изменениями)
- ГОСТ 26020-83 - Двутавры с параллельными гранями полок (действующий)
- ГОСТ 19425-74 - Балки двутавровые специальные (действующий)
Внимание: ГОСТ 8239-89 "Двутавры с уклоном внутренних граней полок" аннулирован в 2018 году!
Введение в режимы обжатий при прокатке
Таблицы обжатий по проходам представляют собой основополагающий элемент технологии прокатного производства, определяющий эффективность и качество получаемого металлопроката. Правильно составленная таблица обжатий обеспечивает оптимальное распределение деформации металла на каждом этапе прокатки, что позволяет получить профили требуемых размеров и формы при минимальных энергозатратах.
Режим обжатий влияет на множество критически важных параметров производства: производительность прокатного стана, качество поверхности готового проката, точность размеров, усилия прокатки, энергопотребление и износ валков. Современные металлургические предприятия используют научно обоснованные методики расчета режимов обжатий, которые учитывают физико-механические свойства прокатываемого металла, конструктивные особенности оборудования и требования к готовой продукции.
Теоретические основы калибровки валков
Калибровка прокатных валков представляет собой систему последовательно расположенных калибров, обеспечивающую получение проката заданных размеров и формы. Под калибром понимается просвет, образованный углублениями (ручьями) в валках и зазором между ними. Правильно выполненная калибровка должна обеспечивать получение проката с чистой поверхностью, минимальные затраты энергии и времени на прокатку, а также оптимальную загрузку оборудования.
Теоретической основой калибровки валков служат законы пластической деформации металлов. При прокатке металл подвергается сложному напряженно-деформированному состоянию, характеризующемуся одновременным действием сжимающих, растягивающих и сдвигающих напряжений. Распределение этих напряжений определяется формой калибра, величиной обжатия, температурой металла и коэффициентом трения между металлом и валками.
Нормативная база 2025 года
На июнь 2025 года действует обновленная нормативная база для металлопроката. Ключевым изменением стало введение ГОСТ 35087-2024 "Двутавры стальные горячекатаные. Технические условия" - межгосударственного стандарта, который заменил национальный ГОСТ Р 57837-2017. Новый стандарт действует с 1 декабря 2024 года и распространяется на стальные горячекатаные двутавровые профили из нелегированной и легированной стали для различных отраслей промышленности.
Основные принципы калибровки
Разработка калибровки валков связана с оптимальным решением комплекса технологических задач. Первоочередной задачей является получение заданного профиля за минимальное число проходов, что напрямую влияет на производительность стана. Одновременно необходимо обеспечить требуемое качество поверхности готового проката, исключающее наличие дефектов типа закатов, плен или трещин.
| Параметр калибровки | Влияние на процесс | Оптимальные значения |
|---|---|---|
| Угол захвата | Условия захвата металла валками | 15-25° |
| Коэффициент обжатия | Степень деформации за проход | 0,85-0,95 |
| Коэффициент вытяжки | Удлинение прокатываемого металла | 1,1-1,4 |
| Число проходов | Общая продолжительность прокатки | 9-15 (для сортовых профилей) |
Расчет режимов обжатий: формулы и методики
Расчет режимов обжатий основывается на фундаментальных зависимостях теории прокатки. Наиболее распространенными являются методы расчета, основанные на предельных условиях захвата металла валками, ограничениях по мощности двигателей и прочности прокатных валков.
Формула Грум-Гржимайло
Зависимость В. Е. Грум-Гржимайло:
Δh_max = R × μ × (1 + √(1 + (Δh/R)²))
где:
- Δh_max - максимальное обжатие за проход, мм
- R - радиус валков, мм
- μ - коэффициент трения
Формула Литовченко
Упрощенная формула Н. В. Литовченко:
Δh_max = 0,77 × √(R_к × Δh)
где:
- R_к - катающий радиус валков, мм
- 0,77 - комплексный коэффициент, учитывающий условия захвата
Формула Литовченко чаще используется на практике благодаря своей простоте и достаточной точности. Коэффициент 0,77 представляет произведение коэффициента пропорциональности, поправочного коэффициента на износ валков и коэффициента обеспечения устойчивого захвата.
Определение числа проходов
Расчет минимального числа проходов:
n_min = ln(F_0/F_к) / ln(1 + Δh_max/h_ср)
где:
- F_0 - площадь исходного сечения, мм²
- F_к - площадь конечного сечения, мм²
- h_ср - средняя высота калибра, мм
Таблицы обжатий для различных профилей
Составление таблиц обжатий требует учета специфики каждого типа профиля. Различные профили имеют свои особенности деформации, что отражается в оптимальных режимах обжатий.
Обжатия для блюмов квадратного сечения
| Проход | Размер до прохода, мм | Обжатие, мм | Размер после прохода, мм | Коэффициент обжатия |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 740 | 90 | 650 | 0,88 |
| 2 | 650 | 85 | 565 | 0,87 |
| 3 | 565 | 75 | 490 | 0,87 |
| 4 | 490 | 70 | 420 | 0,86 |
| 5 | 420 | 60 | 360 | 0,86 |
| 6 | 360 | 55 | 305 | 0,85 |
| 7 | 305 | 55 | 250 | 0,82 |
Режимы обжатий для двутавровых балок
| Этап прокатки | Тип калибра | Обжатие по высоте, % | Обжатие по ширине, % | Температура, °C |
|---|---|---|---|---|
| Черновая прокатка | Ящичный | 15-20 | 8-12 | 1200-1250 |
| Промежуточная | Овальный | 12-15 | 10-15 | 1150-1200 |
| Предчистовая | Двутавровый черновой | 8-12 | 5-8 | 1100-1150 |
| Чистовая | Двутавровый чистовой | 3-5 | 2-3 | 1050-1100 |
Схемы прокатки и распределение по проходам
Схема прокатки определяет последовательность подачи металла в валки и места кантовок раската между проходами. Правильно выбранная схема обеспечивает равномерную проработку металла по всему сечению и получение качественного профиля заданных размеров.
Типовые схемы прокатки блюмов
Для прокатки блюмов квадратного сечения применяются различные схемы, отличающиеся распределением обжатий и числом кантовок. Наиболее распространенными являются следующие варианты схем прокатки при общем числе проходов 13:
Схема 1: Частые кантовки (2-2-2-2-2-2-1)
Обеспечивает наилучшее качество металла за счет равномерной проработки всех сторон, но является наименее производительной из-за большого числа кантовок.
Схема 2: Групповые проходы (4-4-4-1)
Применяется для получения блюмов прямоугольного сечения. Характеризуется неравномерным распределением обжатий по сторонам: 8 проходов по одной стороне и 5 по другой.
Схема 3: Комбинированная (4-4-2-2-1)
Оптимальная схема, сочетающая преимущества предыдущих вариантов. Обеспечивает хорошее качество при приемлемой производительности.
Распределение обжатий по проходам
При составлении таблицы обжатий следует стремиться к тому, чтобы обжатия в каждом проходе были примерно равными расчетному среднему значению. Допускается варьирование обжатий в зависимости от общего распределения по всем проходам, но рекомендуется использовать целые числа, кратные 5 мм, для удобства работы операторов.
Практические рекомендации по уширению:
- В первых 2-4 проходах: уширение = 0 мм
- В следующих 2-3 проходах: уширение = 5 мм
- В остальных проходах: уширение = 10 мм
Особенности обжатий для конкретных профилей
Двутавровые балки
Прокатка двутавровых балок представляет особую сложность из-за необходимости формирования полок и стенки профиля. Процесс осуществляется в универсальных клетях, где горизонтальные валки формируют стенку, а вертикальные - полки балки.
| Номер двутавра | Высота, мм | Число проходов | Общее обжатие, % | Среднее обжатие за проход, мм |
|---|---|---|---|---|
| №10 | 100 | 9 | 75 | 35 |
| №16 | 160 | 10 | 70 | 42 |
| №20 | 200 | 11 | 68 | 48 |
| №30 | 300 | 12 | 65 | 65 |
| №40 | 400 | 13 | 62 | 75 |
Швеллеры
Прокатка швеллеров осуществляется в калибрах специальной формы, обеспечивающих постепенное формирование П-образного профиля. Особое внимание уделяется равномерности толщины стенки и полок.
Пример режима обжатий для швеллера №16П:
Заготовка: 125×125 мм
Готовый профиль: высота 160 мм, ширина полки 64 мм
Число проходов: 11
Схема калибров: ящичный → овальный → предшвеллерный → швеллерный
Угловые профили
Прокатка угловых профилей требует особого внимания к формированию угла между полками. Применяются ромбические и угловые калибры, обеспечивающие постепенное формирование L-образного сечения.
Современные технологии и оптимизация
Современные металлургические предприятия используют компьютерные системы для расчета и оптимизации режимов обжатий. Применение математического моделирования позволяет предсказывать поведение металла в процессе деформации и оптимизировать параметры прокатки.
Автоматизированные системы управления
Внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) позволяет в режиме реального времени корректировать режимы обжатий в зависимости от фактических параметров процесса: температуры металла, усилий прокатки, скорости прокатки и качества получаемого проката.
| Параметр контроля | Точность измерения | Время отклика системы | Влияние на качество |
|---|---|---|---|
| Температура металла | ±5°C | 0,1 сек | Механические свойства |
| Усилие прокатки | ±1% | 0,05 сек | Точность размеров |
| Скорость прокатки | ±0,5% | 0,02 сек | Качество поверхности |
| Толщина проката | ±0,1 мм | 0,1 сек | Геометрические размеры |
Энергосберегающие технологии
Оптимизация режимов обжатий направлена не только на повышение качества продукции, но и на снижение энергопотребления. Современные методики позволяют снизить удельный расход энергии на 15-20% при сохранении качества проката.
Практические рекомендации
При разработке режимов обжатий для конкретных условий производства необходимо учитывать следующие практические аспекты:
Выбор оптимального числа проходов
Число проходов определяется исходя из соотношения размеров заготовки и готового профиля, мощности оборудования и требований к качеству. Для сортовых профилей оптимальное число проходов составляет 9-15, для рельсов - 9, для балок - 9-13.
Контроль температурного режима
Температура начала прокатки должна составлять 1200-1250°C для углеродистых сталей и 1150-1200°C для легированных. Температура конца прокатки не должна опускаться ниже 950-1000°C для обеспечения требуемых механических свойств.
Контроль качества валков
Состояние рабочей поверхности валков критически влияет на качество получаемого проката. Регулярная переточка валков и контроль их геометрии позволяют поддерживать стабильное качество продукции.
Часто задаваемые вопросы
Отказ от ответственности: Данная статья носит исключительно ознакомительный характер и предназначена для общего понимания принципов составления таблиц обжатий при прокатке металлических профилей. Практическое применение описанных методик требует глубоких профессиональных знаний в области металлургии и должно осуществляться только квалифицированными специалистами.
Авторы не несут ответственности за возможные последствия применения информации из данной статьи в производственной деятельности. Все расчеты и технологические решения должны проходить обязательную проверку и утверждение техническими службами предприятий.
Источники информации: ГОСТ 35087-2024 (действует с 01.12.2024), ГОСТ 8240-97 с изменениями, ГОСТ 26020-83, ГОСТ 19425-74, справочники по прокатному производству, научные работы в области теории прокатки, техническая документация ведущих металлургических предприятий, современные исследования в области оптимизации режимов прокатки.
