Лекція про загальні схеми виробництва прокатних профілів та вихідні матеріали, які застосовують в прокатному виробництві.Лекція 3.
Тема 1.2 Загальні схеми виробництва прокатних профілів. Вихідні матеріали.
Загальна характеристика сталепрокатного виробництва.
Сталепрокатне виробництво зазвичай входить в заводи з повним металургійним циклом і є найбільшим, так як за площею цехів і кількості працюючих, за кількістю і вартості обладнання і іншими показниками прокатні цехи займають більше половини всього металургійного заводу і несуть основне навантаження по формування прибутку заводу. Тому найбільшу частку капітальних вкладень вкладають в цей переділ, витрачаючи значні кошти на впровадження сучасних розробок, як в частині технологій, так і в частині обладнання та інструменту.
Рисунок 1 . Одноклітьовий прокатний стан:1- електродвигун; 2,4 – муфти; 3- редуктор, 5 – шестернева кліть; 6 – шпиндель; 7- робоча кліть.
Серед великої різноманітності продукції прокатного виробництва основними видами продукції є плоский та сортовий прокат. Загальна схема отримання плоского і сортового прокату зі сталі представлена на рисунку 2.
Заготовкою для сортового прокату є - блюм, а для листового прокату - сляб.
Блюм - це чорнова заготовка квадратного перетину зі стороною від 140 до 450 мм і довжиною 6-10 м, що отримується прокаткою великих злитків (до 25 т) на блюмінгах.
Для виготовлення блюма використовують дві технології. Першу застосовують для злитків з вуглецевих сталей масою від 7 до 13 т. У легованих і високолегованих сталей маса злитка значно нижче, і прокатку можуть вести не на блюмінгу, як для вуглецевих сталей, а відразу на заготівельному стані. Для другої технології отримання блюма використовують машини безперервного лиття заготовок (МБЛЗ), в яких з кристалізатора необхідного перетину безперервно виходить заготовка, яку потім розрізають на литі мірні блюми.
Литі блюми, отримані за другою технологією, дешевше, але зазвичай містять домішки, неметалеві включення, які розкочуються в вигляді дефекту, який отримав назву «доріжка». Цей вид дефекту не усувається в готовому прокаті, знижуючи його властивості. Очищення рідкого металу перед розливанням приводить до подорожчання процесу. Крім того, площа поперечного перерізу литого блюма, особливо для дрібних вихідних перетинів, не забезпечує якісного опрацьовування литої структури, що також негативно відбивається на властивостях готового прокату. Блюм, отриманий прокаткою злитків, дорожче, але вище за властивостями, ніж литий, так як домішки в них концентруються в прибуткової частини зливка, яка при прокатці на блюмінгу відрізається.
Останнім часом нові технології очищення рідкого металу, а також застосування більш дешевих МБЛЗ радіального і особливо горизонтального виду розширюють можливості застосування литих блюмів. Підтвердженням цього є те, що вже в багатьох країнах основна частина сортового прокату проводиться з литої заготовки.
Заготовка для листового прокату - сляб, має прямокутний перетин товщиною 150-300 мм, шириною 1 000-2 000 мм і довжиною до 18 м. Маса сляба коливається від 5 до 40 т. При цьому відношення ширини поперечного перерізу сляба до його висоті становить від 3 до 12. Поставки слябів можуть бути литими і катаними з тими ж перевагами і недоліками, які розглядалися для блюмів. В даний час сляби є основними напівфабрикатами для виробництва листа. Спостерігається також тенденція виливки не тільки великих слябів, а й тонких слябів товщиною близько 50 мм, які призначені для прокатки листів на міні-заводів.
Виробництво блюмів і слябів полягає в наступному:
з сталеплавильного цеху злитки надходять в обтискний цех, потім їх завантажують в нагрівальні колодязі для нагріву до необхідної температури і вирівнювання температури по перетину злитка. Потім нагріті злитки краном переміщують на робочі ролики рольганга прокатного стану і піддають прокатці в кілька проходів в робочій кліті блюмінга або слябінга, що працює в реверсному режимі. Як правило, одночасно прокатують два злитки. Після прокатки блюми або сляби подають в машину вогневої зачистки, в якій за допомогою газових пальників спалюється поверхневий шар на заготовці разом з поверхневими тріщинами.
Наступною операцією є різка прокату на прес-ножицях, при якій від злитка відрізаються прибуткову і донну частини, потім решта (тіло злитка) ріжеться на частини довжиною не більше 700 мм і піддається прокатці на безперервно-заготівельних станах.
Після прокатки блюми (сляби) розрізають на мірні довжини, передають на приймальні стелажі і далі направляють на охолодження, режим якого залежить від марки сталі.
Прокатку блюмів і слябів здійснюють за кілька проходів, число яких залежить від розмірів вихідного злитка і кінцевих розмірів блюма (сляба). Зазвичай злиток прокатують до заданих розмірів блюма за 11-15 проходів. При прокатці на блюмінгу доводиться переміщати смугу між проходами від калібру до калібру уздовж вісі валків.
Робота сучасного блюмінга повністю автоматизована. Автоматизація управління натискним пристроєм забезпечує точне переміщення верхнього валка відповідно до заданого режиму обтиску злитка по проходах. Автоматизація управління головним двигуном блюмінга забезпечує реверсування валків, підвищує швидкість обертання двигуна після захоплення металу валками і знижує швидкість обертання при буксуванні валків в момент захоплення смуги, регулюється також швидкість виходу металу з валків.
Слябінги, призначені тільки для прокатки слябів, поширені менше блюмінгів, так як для звичайного сортаменту прокату на металургійних заводах потрібні в якості вихідного напівпродукту і блюми, і сляби.
Контрольні запитання.
1.Як ви розумієте поняття «повний металургійний цикл заводу»?
2.Що означає термін «переділ»?
3.Яке обладнання входить до складу одно клітьового прокатного стану?
4.Що є заготовкою для сортового прокату?
5.Що є заготовкою для листового прокату?
6.Складіть порівняльну характеристику двох технологій виготовлення блюмів.
7.Охарактеризуйте заготовку для листового прокату.
8.Складіть перелік технологічних операцій виготовлення блюмів та слябів.
Вихідні матеріали для прокатки.
Зливок – початкова заготовка для отримання блюмів і слябів. Для прокатки застосовують велике число типів злитків різних за формою поперечного і подовжнього перетинів. На металургійних заводах застосовують злитки квадратного, прямокутного, круглого, багатогранного, овального перетинів. Найбільше поширення набули злитки квадратного і прямокутного перетинів. Вони зручні при нагріві і прокатці; добре захоплюються валкими. Їх застосовують для прокатки блюмів і слябів. На слябінгах використовують злитки прямокутного перетину з великим відношенням ширини злитка до його товщини. Злитки круглого перетину застосовують при прокатки бандажів, коліс, труб. Багатогранні злитки (восьми- і дванадцятигранні) відливають для ковальських поковок і прокатки бандажів і коліс.
Маса і розмір злитка впливає на якість металу. Чим крупніше зливок, тим він неоднорідніший по хімічному складу і фізичним властивостям.
Маса злитків від 100 кг до 50 тонн. Вона визначається складом сталі, типом і конструкцією станів, на яких їх прокатують, і призначенням злитка.
Розмір злитка по заданій масі: Мз = Vз ·ρ ;
Де Мз - маса злитка;
Vз - об'єм злитка;
ρ - густина сталі, кг/мм3.
Обчислений Vз не відповідатиме дійсному, оскільки густина маси злитка не постійна, внаслідок пустот і міхурів, що є в ньому. Кути злитків заокруглюють, а поверхню іноді роблять гофрованою. На практиці зручно проводити обчислення без урахування цих заокруглень, а розглядати перетин як квадрат, прямокутник, круг.
Густина деформованої сталі, складає 7,85 кг/мм3. Враховуючи неоднорідність структури у формулу (1) вводять поправочні коефіцієнти.
1,2 – для киплячої сталі
1,1 – для спокійної
Тому приймають ρ = 6,7 – 6,5 – для киплячої сталі, ρ = 7,0 - для спокійної сталі.
Класифікація сталей.
Сталі класифікують за:
хімічним складом;
призначенням;
якістю;
ступенем розкислення ;
За хімічним складом сталі поділяють на вуглецеві та леговані. Сталі в яких окрім заліза та вуглецю міститься лише невелика кількість постійних домішок, називають вуглецевеми. Якщо сталь містить навмисно введені елементи для надання їй потрібних властивостей, її називають легованою. Залежно від введених елементів розрізнюють, наприклад, сталі хромісті, марганцевисті, хромонікелеві та інші. За хімічним складом розрізняють вуглецеві і леговані сталі. У свою чергу вуглецеві підрозділяють на низьковуглецеві, із утриманням вуглецю 0,02-0,6% і високовуглецеві — 0,6-2,0%, а леговані сталі підрозділяють на низько-, середньо- і високолеговані із сумарним вмістом легуючих елементів (крім вуглецю) відповідно до 2,5% (40ХН, 30ХГТ), 2,5-10,0% (40Х2А, 60Н5) і більше 10% (90X10H15).
За призначенням сталі, що прокатують, розділяють на конструкційні, ін-струментальні і спеціальні.
До найбільш розповсюджених сталей, що прокатують, відносять конс-трукційні вуглецеві і низьколеговані сталі.
Хімічний склад і механічні властивості конкретних марок сталей наведені у відповідних ДСТУ.
За призначенням сталі поділяються на конструкційні, інструментальні та сталі зі спеціальними властивостями. Конструкційні сталі утворюють найбільшу групу сталей, призначених для виготовлення деталей машин, приладів, елементів конструкцій. Інструментальні сталі поділяють на сталі для виготовлення різального, вимірювального інструментів та штампів для холодного та гарячого деформування. Сталі спеціального призначення – нержавіючі (корозійностійкі), жаростійкі, зносостійкі та інші.
За якістю сталі класифікують на сталі : звичайної якості, якісні, високоякісні та особливо високоякісні. Під якістю тут розуміють сукупність властивостей сталі, які визначаються металургійним процесом її виробництва. Однорідність хімічного складу, будова і властивості сталі залежать від шкідливих домішок та газів. Основними показниками для поділу сталей за якістю є норми вмісту шкідливих домішок (сірки та фосфору).
Сталі звичайної якості | До 0,06 % сірки | До 0,07% фосфору |
Якісні сталі | До 0,035% сірки | До 0,035% фосфору |
Високоякісні сталі | Не більше 0,025% сірки | 0,025% фосфору |
Особливо високоякісні сталі | До 0,035% сірки | 0,025% фосфору |
За ступенем розкислення сталі класифікують на спокійні, напівспокійні та киплячі. Розкисленням називають процес видалення кисню з рідкої сталі після закінчення її варіння.
Киплячу сталь розливають в відливниці, розширені донизу. Застосовують розливання знизу (сифонове) – його застосовують в тих випадках, коли потрібно розлити сталь в 2-6 відливниць.
Спокійну сталь розливають в відливниці, розширені догори з утепленими надставками. При цьому застосовують розливання зверху, безпосередньо з ковша. Цей спосіб використовують, коли потрібно одержати невелику кількість крупних злитків. При цьому виходить зливок з меншою усадковою раковиною. Якість поверхні невисоке через бризки при заливці, але неметалічних включень в злитку утворюється менше.
Одержана сталь містить значну кількість О2 у вигляді оксиду вуглецю СО. Він знижує ударну в'язкість і додає сталі холодноламкості. Для звільнення сталі від О2 застосовують – Al, Co, Mn, Тi.
Залежно від розкислювання розрізняють, сталі: спокійну, киплячу і напівспокійну.
Сталь Сп – виготовляють повністю розкисленою марганцем, кремнієм та алюмінієм; після введення розкислювачів виділення газів припиняється і метал в виливниці твердіє спокійно.Така сталь найбільш якісна, але й найкоштовніша. Зливок відрізняється великою густиною і має усадкову раковину у верхній частині зливка.
Сталь Кп – розкислюється лише марганцем. При затвердінні злитка йде реакція з виділенням оксиду вуглецю, який є причиною утворення великого числа газових міхурів, які і створюють враження «кипіння» сталі. Газові міхурці видаляються під час наступного прокатування сталі. Кипляча сталь майже не містить неметалевих включень, не має усадкової раковини, найдешевша.
Сталь Пс –отримують при розкисленні марганцем та зменшеною кількістю кремнію. За якістю та вартістю вона займає проміжне становище між спокійною та киплячою сталлю.
Конструкційна вуглецева сталь звичайної і підвищеної якості ділиться на:
група А – сталь, що поставляється по механічних властивостях: Ст.0, ст.1сп – ст.3сп; ст.3кп; ст.4кп; ст.5пс – ст.7пс.
група Б – сталь, що поставляється по хімічному складу: Мст0, Мст1, Мст3-Мст7; Кст0 – Кст7, Бст3-Бст6.
Група В – сталь підвищеної якості, що поставляється за механічними властивостями і хімічному складі. До неї відносять мартенівську сталь марок ВМ ст 2, ВМСТ3, ВМСТ5, ВКСТ2-ВКСТ5.
М – мартенівські печі
Б – бесемерівські конвертори
Д – конвертори з продуванням О2 і в електропечах.
Конструкційна вуглецева сталь служить матеріалом для виготовлення різних деталей машин і металевих конструкцій.
До конструкційної вуглецевої сталі, відносять сталь марок 05 кп, 08, 10, 15, 20, 25…60, 65, сталь 15Г, 20Г, 30Г, 40Г, 50Г, 60Г, 70Г – з підвищеним вмістом марганцю.
До конструкційних легованих сталей відносять хромову, у тому числі шарикопідшипникову, хромомолібденову, хромонікеливу .
До інструментальних сталей відносять вуглецеву сталь марок У7, У8, - У13, У7А – У13А, і інструментальну леговану сталь.
Хромова сталь – (15Х, 15ХА, 20Х, 30ХП) застосовуються для деталей машин в автомобільній промисловості. Хромова та бромиста 15ХР, 15ХРА.
Хромова сталь із змістом З (0,9 1,1%) і Cr (0,8 – 1,65%) йде для виготовлення кілець, кульок, роликів. ШХ6, ШХ9, ШХ15СГ.
Марганцевиста 15Г, 20Г, 30Г, високо марганцевиста Г13 в ній міститься З(1,0 – 1,3%) і 11 – 14% Mn - володіє високим опором зносу, пластична, йде для виготовлення стрілок трамвайних і ж/д шляхів, гусениць тракторів.
Хромонікельовая 20ХН, 12Х2Н4А, 30ХН3А – найпоширеніша конструкційна сталь.
Хромомолібденовая 30 ХМА для виготовлення роторів, осей зубчатих коліс.
Хромованадієвая 50ХФА, 15ХФ - для відповідальних пружин, валів, шестерень, муфт.
Хромокремністая 33ХС, 38ХС, 60С2ХА, 50ХСА, 70С2ХА – для виготовлення ресор, пружин, має підвищену твердість і пружність.
Р – швидкорізальні
Е – магнітні
Ш– шарикопідшипникові
Е – електротехнічні
А – високоякісна (поліпшена)
Контрольні питання.
1.Як класифікують сталі за якістю?
2.Які чинники впливають на пластичність сталі?
3.Поясніть вплив легуючих елементів на пластичність сталі.
4.Що таке процес розкислення сталі?
5.Розшифруйте марки сталей: 15ГС, 10Г2СД, 14ХГСН, 10ХСНД, 24Г, 14Г2, 10ХГ2Н, 10ГНД, 10ХНДА, 90X10H15.
6.Назвіть призначення конструкційної сталі та її властивості.
7.Назвіть призначення інструментальної сталі та її властивості.
.png)