Технические науки/1.Металлургия

К.т.н. Богомолов А.В.

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, Казахстан

Оборудование для производства термоупрочненного углового проката

В настоящее время в Казахстане сохраняется тенденция устойчивого развития строительной отрасли в целом и производства металлоконструкций различного назначения. Это обеспечивает высокий уровень потребления экономичных сортовых прокатных профилей, в том числе углового проката. Так как данный вид продукции имеет стабильный спрос в Казахстане, рыночная потребность полностью удовлетворяется за счет импортных поставок из России и Украины.

Организация производства данного вида продукции в Павлодарском регионе имеет большие перспективы [1], особенно при использовании поточных технологических линий существующего прокатного комплекса. Автором под руководством профессора А.Т. Канаева выполнена разработка технологии ускоренного охлаждения и проектирование соответствующей технологической оснастки для среднесортного стана 500 и мелкосортного стана 300 прокатного комплекса ПФ ТОО «Кастинг».

В статье приводятся основные результаты исследований процессов ускоренного охлаждения углового проката в линии прокатного стана. Для осуществления термического упрочнения низкоуглеродистых сталей необходимы большие скорости охлаждения порядка 500°С/с [2]. В связи с этим предлагаются различные способы охлаждения и соответсвующие конструкции охлаждающих устройств.

Угловые профили характеризуются неравномерным распределением металла по сечению, что требует регламентированного отбора тепла от разных участков при охлаждении. Поскольку объем металла, приходящийся на единицу полверхности вершины больше, чем в поклках уголка, то для равномерношго охлаждения необходимо осуществлять повышенный отбор тепла от вершины, для чего количество воды, подаваемой на вершину, должно быть на 20-25% больше, чем на полки. Стендовые исследования показали, что в процессе прерванной закалки коробление происходит в сторону более интенсивного охлаждения, поэтому поддержание в процессе ускореннного охлаждения указанного соот ношения расходов воды для вершины и полокпредотвращает коробление.

Исходя из этих условий предложена универс альная установка интенсивного охлаждения, обеспечивающая термическую праку, термическое и термомеханическое упрочнение угловых профилей.

Устройство для термической правки равнополочных угловых профилей в потоке прокатного стана предназначено для снижения остаточной кривизны равнополочных угловых профилей №№ 4,5; 5; 5,6; 6,3 из углеродистой стали Ст.3 , снижение термических и фазовых искривлений профилей в процессе охлаждения после горячей деформации и повышение комплекса механических свойств до уровня требований 2 группы прочности ТУ 14-1-3023-80.

Кроме того, конструкция устройства позволяет реализовать процесс термического упрочнения угловых профилей с прокатного нагрева в соответствии с требованиями ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций».

Устройство состоит из поточного и струйных блоков и вводных-ввыводных проводок.

Поточный блок (рисунок 1) предназначен для высокоэффективного теплоотбора от всех элементов обрабатываемого профиля. Поточный блок снабжен системой подвижных (нижних) разделителей, разбивающих полость внутреннего канала поточного блока на отдельные субкамеры. При транспортировке проката через поточный блок разделители контактируют с его поверхностью и элементы периметра профиля транспортируются через соответствующие субкамеры: верхняя, нижняя, левая, правая. В верхней субкамере обрабатывается вершина уголка профиля с прилегающими участками переменной металлоемкости.

Рисунок 2 - Разрез поточного блока

В верхней субкамере обрабатывается участок сопряжения полок профиля. В левой и правой субкамере охлаждаются полки профиля. Каждая из субкамер снабжена индивидуальным подводом охлаждающей воды со средствами регулировки ее расхода и давления, что позволяет грубо дифференцировать интенсивность охлаждения по отдельным элементам профиля. В процессе транспортировки профиля через поточный блок верхние подвижные разделители постоянно поджаты к охлаждаемому профилю за счет упругих пластин. При выходе раската из блока верхние разделители смыкаются с нижними. Жесткость пружин подбирается таким образом, чтобы обеспечить надежное поджатие разделителей к прокату и проката к нижним разделителям и исключает образование задиров и закатов на поверхность профиля и застревание концов раската в пределах устройства.

Струйный блок (рисунок 2) предназначен для интенсивного избирательного теплоотбора от отдельных элементов профиля. Струйный блок представляет собой систему из шести коллекторов, три нижних из которых смонтированы в неподвижном основании блока, а три верхних собраны на откидной крышке. Каждый коллектор снабжен сменными соплами, формирующими струю охладителя и направляющими ее на определенный элемент раската. Торцевые участки коллекторов снабжены лючками для промывки и удаления возможных загрязнений.

Рисунок 2 – Струйный блок

Каждый из коллекторов обрабатывает определенный участок периметра профиля. Верхний коллектор подает систему струй на вершину и прилегающие участки профиля. Нижний коллектор подает струю охладителя на участок сопряжения полок. Правая по ходу проката полка охлаждается сверху правым боковым коллектором и снизу – левым боковым коллектором, а левая, соответственно, - левым и правым боковым коллекторами. Верхний и нижний коллектора оснащаются соплами, всего-60 штук в блоке, с симметричным факелом, а боковые оснащаются соплами, всего – 62 штуки в блоке с эксцентричным факелом. Ширина зоны охлаждения, образуемой системой струй от верхнего и нижнего коллекторов, регулируются поворотом сопла в коллекторе при настройке на определенный профилеразмер. При ориентации факела сопла перпендикулярно ходу раската ширина зоны охлаждения максимальна. Сопла с эксцентричным факелом позволяют изменять положение зоны охлаждения относительно полок профиля без изменения положения боковых коллекторов.

Конструкция крышки устройства позволяет перемещать верхние боковые коллектора вдоль полок профиля, обеспечивая требуемую ориентацию охлаждающих зон.

Каждый из коллекторов снабжен индивидуальным подводом охлаждающей воды со средствами регулировки расхода и давления, что позволяет точно дифференцировать интенсивность охлаждения профиля.

Проводка представляет собой фасонное неподвижное основание и съемную крышку, что обеспечивает ввод и вывод охлаждаемого раската в зоне охлаждения без скручивания и искривлений.

Монтаж блоков устройства между собой и проводок к ним осуществляется посредством болтовых фланцевых соединений. Последовательность монтажа блоков определяется решаемой технологической задачей. Рекомендуемые варианты приведены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схемы вариантов монтажа блоков устройства ускоренного охлаждения углового проката

Первая схема предназначена для гарантированного повышения уровня прочностных свойств угловых профилей до уровня требований 2 группы прочности ТУ 14-1-3023-80 и снижения фазовых и термических искривлений в процессе окончательного охлаждения.

Вторая схема предназначена для снижения остаточной кривизны угловых профилей до требований ГОСТ 8509-86 по прямолинейности (4мм на погонный метр) без дополнительной механической правки.

Третья и четвертая схема предназначена для реализации термического упрочнения угловых профилей из углеродистой стали и их поставки потребителю взамен горячекатаной низколегированной (типа 09Г2С) по ГОСТ 27772-88.

Третья схема рекомендуется для существующего состава оборудования, а четвертая целесообразна при более высоких скоростях транспортирования (после реконструкции стана).

Устройство, собранное по любой из вышеперечисленных схем, устанавливается в специальном водосборном кожухе, обеспечивающем сбор и удаление отработанного охладителя самотеком. Конструкция короба должна обеспечивать возможность перемещения входной части устройства по длине бочки валка, обеспечивая нормальный съем металла вводной проводкой и подачу его в зону охлаждения.

Режимы охлаждения устанавливаются для каждого конкретного профилеразмера и марки стали в зависимости от решаемой технологической задачи и корректируются в процессе отработки технологии.

Максимальный расход охлаждающей воды – не более 400м³/час при давлении до 10 атм. В качестве охладителя допускается использование технической воды из цеховой системы водоснабжения с очисткой от частиц с размером в поперечнике более 2 мм. Схема подачи охладителя разработана с возможностью подачи на устройство до 600 м³/час при давлении до 15 атм, что предусмотрено реконструкцией стана.

Таким образом, предложено универсальное устройство для ускоренного охлаждения равнополочных угловых профилей в потоке прокатного стана, снижения термических и фазовых искривлений профилей в процессе охлаждения после горячей деформации и повышение комплекса механических свойств до уровня требований потребителя.

Литература:

1.Сержанов Р.И., Богомолов А.В. Формирование прокатного производства в Павлодарском регионе: проблемы и перспективы // Наука и техника Казахстана, №3, 2009, с.128-134.

2.Канаев А.Т., Богомолов А.В., Решоткина Е.Н. Исследование дефектов и термическое упрочнение арматурного проката из непрерывнолитых заготовок // Сталь, №6, 2010- М.:, с. 87-91.