Способ изготовления проката круглого профиля

Изобретение относится к технологии производства проката круглого профиля посредством совмещенной непрерывной разливки и прокатки. Задача изобретения - улучшение качества поверхности и структуры, повышение точности размеров и формы. Способ включает непрерывную разливку сортовой заготовки в кристаллизатор и перевод этой заготовки путем ее изгиба в горизонтальное положение, образование петли заготовки после непрерывной разливки, правку заготовки на выходе с участка образования петли, последующее, после полного затвердевания слитка, выравнивание температуры по сечению заготовки индукционным методом, совмещенную с непрерывной разливкой прокатку в один проход в двухвалковом вертикальном формообразующем калибре и последующую прокатку в готовый профиль в двухвалковом калибре и окончательную прокатку в готовый профиль. В соответствии с изобретением сортовую заготовку отливают в форме плоского овала в поперечном сечении, петлю заготовки изгибают вниз от оси ее горизонтальной транспортировки и теплоизолируют. В формообразующем калибре заготовку в потоке обжимают в круглый профиль. Формообразующий калибр можно использовать в качестве задающего для размещенной за ним планетарной универсальной клети. Способ обеспечивает возможность прокатки в оптимальных термомеханических условиях при устойчивом положении раската. 3 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства проката круглого профиля посредством совмещенной непрерывной разливки и прокатки.

Известен способ изготовления проката круглого профиля, включающий непрерывную разливку металла в кристаллизатор и перевод полученной сортовой заготовки путем ее изгиба в горизонтальное положение, образование петли заготовки после непрерывной разливки, правку заготовки на выходе с участка образования петли, последующее, после полного затвердевания металла, выравнивание температуры по сечению заготовки индукционным методом, совмещенную с непрерывной разливкой прокатку в один проход в двухвалковом вертикальном формообразующем калибре и последующую прокатку в готовый профиль (см., например, патент РФ №2092257, МПК В 21 В 1/46, 1997 г. [1]).

В известном способе при непрерывной разливке получают заготовку прямоугольного поперечного сечения. С точки зрения технологии непрерывного литья такая форма заготовки имеет свои преимущества: процесс кристаллизации, по сравнению, например, с наиболее приближенной по форме к готовому профилю круглой заготовкой, происходит здесь равномернее, такая заготовка устойчиво транспортируется в технологическом потоке, с базированием ее на плоскую грань.

В известном способе после формообразующего калибра заготовку задают в планетарную универсальную клеть, т.е. в качестве формообразующей клети используют задающую клеть планетарного стана. Известны преимущества такой технологии: при планетарной прокатке возможно очень большое, в сравнении с обычной прокаткой, обжатие за один проход, и скорость планетарной прокатки на входе в стан соизмерима со скоростью непрерывной разливки, что дает возможность организовать для каждой плавки непрерывный технологический поток.

В известном способе при обжатии в задающей клети планетарного стана получают на выходе квадрат со скругленными углами, который задают на ребро в универсальную планетарную клеть через проводку скольжения соответствующей формы. В универсальной планетарной клети этот квадрат обжимают с большой (15 и более) вытяжкой в квадрат меньшего сечения, который используют в качестве подката для последующего получения в непрерывном сортовом прокатном стане проката круглого профиля.

Однако в проводке скольжения всегда имеет место некоторый зазор между стенками проводки и заготовкой, который возрастает по мере износа стенок проводки. В связи с этим направляемый проводкой в планетарные валки квадрат может иметь неустойчивое положение, его диагонали могут отклоняться от вертикального и соответственно горизонтального положения, что приводит к нежелательным последствиям. В частности, при обжатии в планетарных универсальных валках, где вертикальные валки сдвинуты вдоль оси прокатки относительно горизонтальных на какое-то расстояние, меньшее длины очага деформации, такое нестрогое положение задаваемого квадрата приводит к появлению заусенцев на поверхностях получаемого планетарной прокаткой квадрата. Эти заусенцы, быстро охлаждаясь, вдавливаются в тело металла, искажают его структуру и форму. Это в свою очередь отрицательно сказывается на точности формы и размеров и качестве структуры и поверхности получаемого из этого квадрата готового проката круглого профиля.

В связи с этим возникает задача оптимизировать форму непрерывно отлитой заготовки таким образом, чтобы, сохраняя ее преимущества с точки зрения технологии разливки, вместе с тем создать благоприятные технологические условия для ее последующей прокатки, в частности в планетарном стане, с получением на выходе из него квадрата, имеющего высокое качество структуры и поверхности и более высокую точность размеров и формы.

Кроме того, технологическая схема, включающая планетарную прокатку, ограничивает сортамент прокатываемых сталей, в частности ограничивает возможности прокатки жаропрочных сталей, имеющих пониженную пластичность и повышенное сопротивление деформации, из-за весьма высоких нагрузок на элементы стана.

Далее, в известном способе петлю заготовки за машиной непрерывной разливки, технологически обязательную с точки зрения организации совмещенного процесса непрерывной разливки и прокатки (см., например, авторское свидетельство СССР №877845, МПК В 21 В 1/46, 1980 [2]), образуют изгибом заготовки вверх от оси ее горизонтальной транспортировки. Это также является недостатком известного способа, по следующим причинам. Такая петля, находясь на воздухе, теряет часть своего тепла, что требует дополнительных энергозатрат на последующее возмещение этих потерь, а теплоизоляция такой петли весьма проблематична. Кроме того, такая петля затрудняет обзор технологического поля, в частности для крановщика, а при неблагоприятных условиях может свалиться, приведя к аварийной ситуации.

Задачей изобретения является дальнейшая оптимизация технологического процесса производства круглого проката и повышение тем самым точности его размеров и формы, качества структуры и поверхности, а также снижение энергозатрат.

Указанная задача решается тем, что в способе изготовления проката круглого профиля, включающем непрерывную разливку металла в кристаллизатор и перевод полученной сортовой заготовки путем ее изгиба в горизонтальное положение, образование петли заготовки после непрерывной разливки, правку заготовки на выходе с участка образования петли, последующее, после полного затвердевания слитка, выравнивание температуры по сечению заготовки индукционным методом, совмещенную с непрерывной разливкой прокатку в один проход в двухвалковом вертикальном формообразующем калибре и последующую прокатку в готовый профиль, согласно изобретению сортовую заготовку отливают в форме плоского овала в поперечном сечении, петлю заготовки изгибают вниз от оси ее горизонтальной транспортировки и теплоизолируют, а в формообразующем калибре заготовку в потоке обжимают в круглый профиль.

Кроме того, формообразующий калибр используют в качестве задающего для размещенной за ним планетарной универсальной клети, прокатывают полученную в формообразующем калибре круглую заготовку в этой планетарной универсальной клети в квадратный профиль и последний окончательно прокатывают на непрерывном сортовом стане в готовый круглый профиль.

Кроме того, в случае изготовления проката из жаропрочных сталей заготовку после формообразующего калибра подвергают порезке, охлаждению, зачистке, нагреву и последующей поперечно-винтовой прокатке.

Кроме того, прокат, полученный после поперечно-винтовой прокатки, дополнительно прокатывают на непрерывном сортовом стане в готовый круглый профиль.

Кроме того, плоский овал отлитой сортовой заготовки имеет на длинных сторонах площадки шириной 0,3-0,45 от длины его большой оси.

Кроме того, большая ось плоского овала отлитой сортовой заготовки составляет 1,2-1,3 диаметра круглой заготовки, получаемой в формообразующем калибре.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Получение непрерывно отлитой заготовки с поперечным сечением в форме плоского овала позволяет сохранить все преимущества прямоугольной формы ее сечения с точки зрения оптимизации процесса кристаллизации металла. Более того, такая форма сечения отлитой заготовки предпочтительнее, поскольку в ней отсутствуют быстро остывающие углы. Поскольку овал плоский, т.е. имеет на большей стороне плоскую площадку в середине, сохраняется также и другое преимущество прямоугольной формы поперечного сечения заготовки: удобство ее транспортирования в технологическом потоке с базированием овала на его плоскую площадку. В то же время овальная форма поперечного сечения отлитой заготовки позволяет получить в круглом вертикальном калибре задающей клети планетарного стана за один проход круглый профиль и в следующей планетарной универсальной клети обжать этот профиль в квадратную исходную заготовку, представляющую собой подкат для последующей непрерывной сортовой прокатки, не опасаясь того, что задаваемый в планетарную клеть круглый, т.е. осесимметричный, профиль может занять неустойчивое или неправильное положение в проводке и в планетарных валках.

Одновременно с этим изгиб заготовки вниз при образовании ее петли после непрерывной разливки, т.е. перед формообразующим калибром, позволяет достаточно просто организовать на участке образования петли ее теплоизоляцию, сохраняя при этом тепло отлитой заготовки и уменьшая последующие энергозатраты на ее подогрев и выравнивание температуры по сечению. Такую теплоизоляцию проще всего осуществить, пропуская петлю через теплозащитную яму (тепловой колодец). При этом технологическое поле остается открытым для обзора и исключается возможность сваливания петли.

В случае производства круглого проката из жаропрочных сталей, имеющих пониженную пластичность и повышенное сопротивление деформации, целесообразно после получения круглой заготовки в формообразующем калибре использовать иную схему дальнейшей прокатки в готовый круглый профиль, а именно: вместо планетарной прокатки подвергать полученную круглую заготовку, после ее порезки на мерные длины, охлаждения, зачистки и повторного нагрева, поперечно-винтовой прокатке. При поперечно-винтовой прокатке в трехвалковом калибре, даже при значительных обжатиях малопластичных сталей, имеющих также повышенное сопротивление деформации, при небольших размерах сечения проката (что имеет место в описываемой технологии) не возникает дефектов внутренней структуры металла, а напротив, уже имеющиеся дефекты (несплошности, пустоты и пр.) залечиваются.

Преимуществом этой схемы является также то, что круглый прокат, выходящий из формообразующего калибра, может использоваться не только как заготовка для последующей прокатки, но и после предусмотренных этой схемой охлаждения и зачистки может использоваться как товарный продукт.

Указанные рекомендуемые параметры сечения непрерывно отлитой заготовки определены исходя из известных правил калибровки в системе плоский овал-круг (см., например, Б.П.Бахтинов и М.М.Штернов «Калибровка прокатных валков», М., Металлургиздат, 1953, с.414-415).

Далее изобретение поясняется на конкретном примере его осуществления.

Непрерывную разливку заготовки ведут под уровень зеркала металла, в радиальный кристаллизатор, т.е. ось его имеет форму дуги окружности. Поперечное сечение полости кристаллизатора (а следовательно, и поперечное сечение отливаемой заготовки) имеет форму плоского овала с размером осей: малой (между плоскими площадками) 70 мм, большой - 93,5 мм. При этом малая ось овала в каждом сечении кристаллизатора направлена к центру дуги оси кристаллизатора. Иными словами, заготовку, естественно, изгибают в плоскости наименьшего момента сопротивления сечения, т.е. «плашмя». Ширина плоской площадки сечения овала составляет 35 мм. При определенных режимах раскисления металла, обеспечивающих высокую жидкотекучесть, получают практически полностью столбчатую структуру металла, с очень узкой приповерхностной зоной мелких равноосных кристаллов. В осевой зоне возможна небольшая пористость, которая полностью ликвидируется при дальнейшей планетарной или поперечно-винтовой прокатке. В процессе разливки кристаллизатору придают осевое качательное движение с частотой 140 1/мин, при амплитуде 5 мм. Длина кристаллизатора 700 мм, толщина стенки 45 мм, радиус изгиба его оси 3 м. В зоне вторичного охлаждения поверхность заготовки охлаждают с помощью водораспыляющих форсунок.

Рабочая скорость разливки составляет 2,8 м/мин. Затем, после выхода из кристаллизатора, заготовка разгибается, частично за счет собственного веса, ложится на горизонтальный рольганг, правится, у нее отрезают передний конец и в горизонтальном положении отлитую заготовку подают в индукторы с целью выравнивания ее температуры по сечению и, при необходимости, в случае ее переохлаждения, дополнительного подогрева. При этом между машиной непрерывной разливки и индукторами образуют демпфирующую петлю заготовки. Назначение этой петли - сглаживать возможные колебания скорости металла, а в случае использования планетарной клети - и колебания осевого усилия на заготовку вплоть до изменения знака этого усилия, что имеет место между участками непрерывной разливки и прокатки. Эта петля имеет стрелу 1,1 м. В описываемом примере, подобная петля уходит вниз и пропускается через теплозащитную петлевую яму (тепловой колодец). Это позволяет сохранить тепло разливки (или, по меньшей мере, уменьшить его потери) и исключить расход энергии на дополнительный подогрев заготовки в индукторах. Температура заготовки на входе в вертикальный двухвалковый формообразующий калибр составляет 1050°С. Здесь заготовку обжимают по ширине в круг диаметром 72 мм. Соотношение длины большой оси овала и диаметра этого круга составляет в приводимом конкретном примере 1,29.

Далее возможны различные продолжения технологического процесса. Либо в универсальной планетарной клети заготовку обжимают в квадрат со стороной 18 мм. Скорость входа заготовки в планетарный стан соответствует скорости разливки (2,8 м/мин), скорость выхода заготовки из планетарной клети составляет 0,945 м/сек. И далее из этого квадрата получают круглый профиль диаметром 13,0 мм на сортовом прокатном стане с трехвалковыми клетями, попеременно развернутыми относительно оси прокатки на 60°, за 4 прохода, в системе калибров квадрат-круг с общей вытяжкой в этих проходах 2,0, при этом ее калибруют на последнем этапе с диаметра 13,4 мм на диаметр 13 мм за один проход. Натяжение при прокатке составляет 1,8% от предела текучести прокатываемого материала. Температура конца прокатки составляет 760°.

По другой возможной схеме круглую заготовку после выхода из формообразующей клети режут на мерные длины, охлаждают, зачищают, повторно нагревают и подвергают поперечно-винтовой прокатке в одном или более трехвалковых калибрах, также с большим обжатием, с получением на выходе круглого профиля диаметром 18 мм. Таким образом, получение в формообразующем калибре заготовки круглого профиля создает и еще одно преимущество. Эта форма является оптимальной для задачи заготовки не только в планетарную клеть, а и в стан поперечно-винтовой прокатки на предмет дальнейшей прокатки в круглый профиль меньшего диаметра. Эта технология более предпочтительна для жаропрочных сталей ввиду известных особенностей процесса поперечно-винтовой прокатки, позволяющих прокатывать такие стали без появления дефектов их структуры и поверхности, а также ввиду большей нагрузочной способности клетей поперечно-винтовой прокатки.

После поперечно-винтовой прокатки возможна или дальнейшая прокатка полученного профиля в потоке на сортовом прокатном стане на меньший размер поперечного сечения, например на круг диаметром 13 мм, или использование полученного круглого профиля в качестве товарного продукта.

Нелишне заметить также, что вторая схема позволяет использовать полученную в формообразующем калибре заготовку круглого профиля, после указанных уже операций охлаждения и зачистки, также и в качестве готового товарного продукта, причем из любых марок сталей. Технологический процесс по описываемому способу оказывается, таким образом, достаточно гибким в отношении получаемого сортамента.

Полученные по обеим схемам готовые профили в большей степени отвечают требованиям к точности формы и размеров, а также к качеству структуры и поверхности металла.

Технический результат изобретения заключается, таким образом, в получении проката высокого качества с точки зрения точности размеров и формы и внутренней структуры.

1. Способ изготовления проката круглого профиля, включающий непрерывную разливку металла в кристаллизатор и перевод полученной сортовой заготовки путем ее изгиба в горизонтальное положение, образование петли заготовки после непрерывной разливки, правку заготовки на выходе с участка образования петли, последующее, после полного затвердевания металла, выравнивание температуры по сечению заготовки индукционным методом, совмещенную с непрерывной разливкой прокатку в один проход в двухвалковом вертикальном формообразующем калибре и последующую прокатку в готовый профиль, отличающийся тем, что сортовую заготовку отливают в форме плоского овала в поперечном сечении, петлю заготовки изгибают вниз от оси ее горизонтальной транспортировки и теплоизолируют, а в формообразующем калибре заготовку в потоке обжимают в круглый профиль.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формообразующий калибр используют в качестве задающего для размещенной за ним планетарной универсальной клети, прокатывают полученную в формообразующем калибре круглую заготовку в этой планетарной универсальной клети в квадратный профиль, который прокатывают на непрерывном сортовом стане в готовый круглый профиль.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в случае изготовления проката из жаропрочных сталей заготовку после формообразующего калибра подвергают порезке, охлаждению, зачистке, нагреву, последующей поперечно-винтовой прокатке и дополнительной прокатке на непрерывном сортовом стане в готовый круглый профиль.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что плоский овал отлитой сортовой заготовки имеет на длинных сторонах площадки шириной 0,3-0,45 длины его большой оси, а большая ось плоского овала отлитой сортовой заготовки составляет 1,2-1,3 диаметра круглой заготовки, получаемой в формообразующем калибре.