Швеллеры стальные горячекатанные

 

    Основным стандартом для производства швеллеров является межгосударственный стандарт ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент».

Швеллер является широко распространенным профилем. Аналогично двутавровым балкам может быть выполнен как с уклоном внутренних граней полок, так и с параллельными гранями полок.

    Швеллер используется для изготовления различных несущих конструкций, а также при сооружении зданий.

 

Сортамент

 

    По форме и размерам швеллеры могут быть следующих типов:

    - У – с уклоном внутренних граней полок;

    - П – с параллельными гранями полок;

    - Э – экономичные с параллельными гранями полок;

    - Л – легкой серии с параллельными гранями полок;

    - С – специальные (с уклоном внутренних граней полок).

 

    Основными размерами швеллеров являются:

    - h – высота швеллера;

    - b – ширина полки;

    - s – толщина стенки;

    - t – толщина полки;

    - R – радиус внутреннего закругления;

    - r – радиус закругления полки.

 

    Форма поперечного сечения и основные размера швеллеров с уклоном внутренних граней полок и с параллельными гранями полок приведены на рисунке 12.

 

Рисунок 12 — Поперечное сечение швеллера

 

    На ОАО «НТМК» производятся только швеллера с уклоном внутренних граней полок. Значения основных размеров швеллеров с уклоном внутренних граней полок представлены в таблице 11.

 

Таблица 11 — Швеллеры с уклоном внутренних граней полок

 

 

 

 

Номер швеллера серии У	Размеры профиля, мм						Площадь сечения, мм2	Масса 1 П.М., кг
	h	b	s	t	R	r
5У	50	32	4,4	7,0	6,0	2,5	616	4,84
6,5У	65	36	4,4	7,2	6,0	2,5	751	5,90
8У	80	40	4,5	7,4	6,5	2,5	898	7,05
10У	100	46	4,5	7,6	7,0	3,0	1090	8,59
12У	120	52	4,8	7,8	7,5	3,0	1330	10,40
14У	140	58	4,9	8,1	8,0	3,0	1560	12,30
16У 16аУ	160 160	64 68	5,0 5,0	8,4 9,0	8,4 9,0	3,5 3,5	1810 1950	14,20 15,30
18У 18аУ	180 180	70 74	5,1 5,1	8,7 9,3	9,0 9,0	3,5 3,5	2070 2220	16,30 17,40
20У	200	76	5,2	9,0	9,5	4,0	2340	18,40
22У	220	82	5,4	9,5	10,0	4,0	2670	21,00
24У	240	90	5,6	10,0	10,5	4,0	3060	24,00
27У	270	95	6,0	10,5	11,0	4,5	3520	27,70
ЗОУ	300	100	6,5	11,0	12,0	5,0	4050	31,80
ЗЗУ	330	105	7,0	11,7	13,0	5,0	4650	36,50
36У	360	110	7,5	12,6	14,0	6,0	5340	41,90
40У	400	115	8,0	13,5	15,0	6,0	6150	48,30

 

Значения основных размеров швеллеров с параллельными гранями полок представлены в таблице 12.

Таблица 12 — Швеллеры с параллельными гранями полок

 

 

 

 

Номер швеллера серии П	Размеры профиля, мм						Площадь сечения, мм2	Масса 1 П.М., кг
	h	b	s	t	R	r
5 П	50	32	4,4	7,0	6,0	2,5	616	4,84
6,5 П	65	36	4,4	7,2	6,0	2,5	751	5,90
8 П	80	40	4,5	7,4	6,5	2,5	898	7,05
10 П	100	46	4,5	7,6	7,0	3,0	1090	8,59
12 П	120	52	4,8	7,8	7,5	3,0	1330	10,40
14 П	140	58	4,9	8,1	8,0	3,0	1560	12,30
16 П 16а П	160 160	64 68	5,0 5,0	8,4 9,0	8,4 9,0	3,5 3,5	1810 1950	14,20 15,30
18 П 18а П	180 180	70 74	5,1 5,1	8,7 9,3	9,0 9,0	3,5 3,5	2070 2220	16,30 17,40
20 П	200	76	5,2	9,0	9,5	4,0	2340	18,40
22 П	220	82	5,4	9,5	10,0	4,0	2670	21,00
24 П	240	90	5,6	10,0	10,5	4,0	3060	24,00
27 П	270	95	6,0	10,5	11,0	4,5	3520	27,70
ЗО П	300	100	6,5	11,0	12,0	5,0	4050	31,80
ЗЗ П	330	105	7,0	11,7	13,0	5,0	4650	36,50
36 П	360	110	7,5	12,6	14,0	6,0	5340	41,90
40 П	400	115	8,0	13,5	15,0	6,0	6150	48,30

 

Значения основных размеров экономичных швеллеров с параллельными гранями полок представлены в таблице 13.

Таблица 13 — Швеллеры экономичные с параллельными гранями полок

        

 

 

 

Номер швеллера серии Э	Размеры профиля, мм						Площадь сечения, мм2	Масса 1 П.М., кг
	h	b	s	t	R	r
5 Э	50	32	4,2	7,0	6,5	2,5	610	4,79
6,5 Э	65	36	4,2	7,2	6,5	2,5	741	5,82
8 Э	80	40	4,2	7,4	7,5	2,5	882	6,92
10 Э	100	46	4,2	7,6	7,0	3,0	1079	8,47
12 Э	120	52	4,5	7,8	9,0	3,0	1309	10,24
14 Э	140	58	4,6	8,1	9,5	3,0	1541	12,15
16 Э	160	64	4,7	8,4	10,0	3,5	1785	14,01
18 Э	180	70	4,8	8,7	11,0	3,5	2040	16,01
20 Э	200	76	4,9	9,0	11,5	4,0	2302	18,07
22 Э	220	82	5,1	9,5	12,0	4,0	2636	20,69
24 Э	240	90	5,3	10,0	13,0	4,0	3019	23,69
27 Э	270	95	5,8	10,5	13,0	4,5	3487	27,37
30 Э	300	100	6,3	11,0	13,0	5,0	3994	31,35
ЗЗ Э	330	105	6,9	11,7	13,0	5,0	4615	36,14
36 Э	360	110	7,4	12,6	14,0	6,0	5290	41,53
40 Э	400	115	7,9	13,5	15,0	6,0	6111	47,97

Повышение качества проката

 

В целях совершенствования производства экономичных профи­лей проката для более полного удовлетворения потребностей на­родного хозяйства, улучшения его качества и повышения эффек­тивности производства необходимо предусматривать существую­щий прирост наиболее прогрессивных видов проката; расширение сортамента и улучшение эксплуатационных и потребительских свойств металлопродукции; повышение технического уровня про­изводства и увеличения в общем объеме выпуска проката доли цехов, в наибольшей мере определяющих технический прогресс; дальнейшую концентрацию производства и повышение уровня его специализации; снижение материалоемкости проката; рост производительности труда; повышение условий труда; повышение эффективности капитальных вложений.

Повышение точности проката является источником значительной экономии металла.

Проблема получения сортовых профилей с ужесточенными допусками в настоящее время приобрела серьезное народнохозяйственное значение. Если бы на действующих станах удалось полу-прокат с допусками, уменьшенными в два раза, это дало бы народному хозяйству дополнительно свыше 1 млн. т металла в год.

 

 

ИСХОДНЫЙ ПРОДУКТ ПРОКАТКИ

 

              В качестве исходного продукта прокатки для рельсобалочных станов может применяться непрерывно-литая заготовка с МНЛЗ.

        

Основными преимуществами НЛЗ от катанной заготовки являются:

    1. Сокращение цикла металлургического производства. Сталь отливается на заготовки необходимого размера, нежели при разливке в изложницы. Отпадает необходимость в дополнительной прокатки на блюминге.

    2. Высокое качество стали. При непрерывной разливке стали применяется конвертерная или электросталь, обладающая более высоким качеством по сравнению с мартеновской. Кроме того, при разливке в изложницы в слитки попадает большое количество неметаллических включений (в виде частиц футеровки изложниц).

    3. Высокая степень однородности структуры НЛЗ. В литой заготовки практически отсутствуют такие дефекты, как кристаллическая и химическая неоднородности, характерные для слитков.

    4. Сокращение расхода металла. При разливке на МНЛЗ обрезается только передний и задний конец ручья.

    5. Высокая точность геометрических размеров НЛЗ.

    6. Возможность совмещения МНЛЗ с прокатным станом.

 

    Машины для непрерывного литья стальных профилей подразделяют на несколько типов:

1) вертикальные с резкой слитка в вертикальном положении;

2) вертикальные с изгибом слитка и резкой его в горизонтальном положении:

3) криволинейные с постоянным радиусом кривизны вторичной зоны кристаллизации, называемые также радиальными;

4) криволинейные с переменным радиусом кривизны вторичной зо­ны кристаллизации, называемые также овальными;

5) наклонные;

6) горизонтальные.

В мировой практике чаще всего применяют машины первых трех типов.

 

Первым типом машин непрерывного литья стальных заготовок, по­лучившим промышленное применение в 50-х годах, является машина вертикального типа (рис. 13, а).

Большую роль в развитии непрерывного литья стали сыграли ис­следовательские работы, выполненные в СССР ЦНИИЧЕРМЕТом, дру­гими институтами и металлургическими заводами, а также строитель­ство в 50-х годах первых опытно-промышленных машин вертикального литья блюмов и слябов на Ново-Тульском заводе (1953г.), на заводе «Красное Сормово» (1955г.) и в элесктросталеплавильном цехе НЛМЗ (1953-1954 гг.).

 

 

Рисунок 13 - Схемы машин непрерывного литья заготовок:

а — вертикальные; б — вертикальные с изгибом заготовки; в — криволинейные (радиаль­ные);

1 — сталеразливочный ковш; 2 — промежуточный ковш; 3 — кристаллизаторы; 4 — зона вторичного охлаждения; 5 — тянущая клеть; 6 — устройства дли резки заготовки; 7 — затравка; 8 — рольганг; 9 — устройство для изгиба заготовке; 10 — правильное устройство, 11 — заготовка.

 

Принципиальная технологическая сущность процесса отливки заго­товок на таких машинах заключается в том, что жидкая сталь из сталеразливочного ковша поступает в предварительно разогретый до 1200— 1300°С промежуточный ковш. Из него по достижении заданного уровня жидкий металл подается в кристаллизатор, временным дном которого является затравка. Кристаллизатор служит для интенсивного отбора тепла от жидкого металла и формирования твердой оболочки заготовки заданного сече­ния. Он представляет собой открытую изложницу с медными охлаждае­мыми стенками, между которыми циркулирует вода под давлением 6 кгс/см². Размеры и форма поперечного сечения кристаллизатора со­ответствуют сечению отливаемой заготовки с учетом усадки мета та при его охлаждении. Удельный расход воды на охлаждение кристаллизатора составляет в среднем 5—20 м³/т разлитой стали. Для устранения возможного прилипания наружной твердой корочки отливаемой заготовки к плоскости кристаллизатора ему сооб­щается возвратно-поступательное движение вдоль вертикальной оси отливки. Амплитуда качания кристаллизатора составляет 15—30 мм. Жидкая сталь, застывая в кристаллизаторе, сцепляется внизу с затравкой, которая по достижении металлом в кристаллизаторе опре­деленного уровня, начинает вытягиваться тянущими роликами (клетью) вниз вместе с заготовкой. Ниже кристаллизатора расположена зона вторичного охлаждения, проходя через которую заготовка интенсивно охлаждается водой до полного затвердевания по всему сечению. Зону вторичного охлаждения выполняют в виде роликовой системы, состоящей из нескольких секций, с подачей воды из форсунок с механическим распиливанием струи. Для обеспечения равномерного охлаждения заготовки применяют независимое регулирование подачи воды под давлением 2-3 кгс/см² в каждую секцию и на каждую грань непре­рывно движущейся заготовки. Для большинства углеродистых низко­легированных сталей наиболее рациональным является мягкий режим охлаждения - с удельным расходом воды в зоне вторичного охлажде­ния 0,5—0,8 м³/т.

Во избежание образования внутренних трещин суммарное время прохождения металла через кристаллизатор и зону вторичного охлаж­дения должно быть не меньше соответствующего времени затвердевания его по всему сечению заготовки.

После полного затвердевания заготовка режется на мерные длины и транспортирующими средствами выдается из машины на уровень пола цеха.

В большинстве случаев машины непрерывного литья заготовок вер­тикального типа устанавливают в разливочных пролетах сталеплавиль­ных цехов и в зависимости от конкретных условий проектируют в ба­шенном (над уровнем пола цеха), колодцевом (ниже уровня пола цеха) и смешанном исполнениях. Чаще всего применяют машины, выполнен­ные в смешанном варианте. Важным преимуществом машин колодцевого и смешанного исполнений является возможность установки их в действующих цехах.

Машины первого типа — вертикальные (см. рис: 13,а). Общая высота машин вертикального типа, зависящая от сортамен­та отливаемых заготовок (марки стали, сечения, мерной отрезаемой длины) и скорости их отливки (вытягивания), достигает 40—50 м, что требует больших капитальных затрат на сооружение соответствующих башен и колодцев и усложняет эксплуатацию оборудования.

Машины второго типа — вертикальные с изгибом заготовок

(см. рис: 13,б),в основном характеризуются тем же составом оборудования, что и вертикальные; их начали сооружать с 1958 г.

Принципиальная особенность конструкции вертикальных машин с изгибом заготовок состоит в том, что по выходе из тянущей клети перед­ний конец заготовки изгибается, принимая горизонтальное положение посредством специального механизма. Далее он правится, режется на.мерные длины и транспортируется,на уровень пола цеха. Применение такой технологической схемы позволяет значительно уменьшить общую высоту машины при толщине отливаемой заготовки не более 150-200 мм. При большей толщине заготовки радиус изгиба также возраста­ет, причем в ряде случаев схема машин вертикального типа с изгибом заготовки может оказаться нерациональной даже по сравнению с вер­тикальными машинами.

 

Машины третьего типа — криволинейные (радиальные) (см. рис 13,в)появились в результате стремления конструкторов уменьшить их общую высоту и создания предпосылок для совмещения процессов непрерывно го литья и прокатки заготовок в одном агрегате. Эти поиски привели в 60-х годах к созданию конструкции машины, в которой кристаллизатор и направляющие устройства зоны вторичного охлаждения (либо только зона вторичного охлаждения) изогнуты по дуге постоянного радиуса.

Впервые процесс непрерывной разливки стали с кристаллизацией слитка в машинах криволинейного (радиального) типа был разработан в лабораторных условиях Украинским институтом металлов в 1962 г. Затем эти опыты были продолжены УЗТМ на машине, специально для этой цели построенной и установленной в литейном цехе УТМЗ, а также ВНИИМЕТМАШем совместно с УкрНИИметом на промышленной машине, спроектированной и изготовленной ВНИИМЕТМАШем для литья слябов шириной 900 мм из ковша емкостью 200 т, пущенной в 1965 г. на Руставском металлургическом заводе.

Криволинейные машины за рубежом появились независимо от СССР и примерно в то же время. В 1963 г. их начала рекламировать в Швейцарии фирма Concast и после этого благодаря преимуществам  машин криволинейного типа они стали внедряться в промышленности ФРГ, США, Японии и других капиталистических стран. В зависимости от отливаемого сортамента радиус кривизны зоны кристаллизации машины изменяется от 2000 до 12000 мм и более. Жидкая сталь, так же как и в вертикальных машинах, из разливочного ковша через промежуточный ковш поступает в кристаллизатор, а затем при помощи затравки в зону вторичного охлаждения, где происходит полная кристаллизация. Во время литья заготовок кристаллизатор со­вершает качательное движение по дуге относительно центра кривизны машины Затвердевшая заготовка, выходя из зоны вторичного охлаж­дения, правится, режется на мерные длины и поступает на горизонталь­ный рольганг, расположенный на уровне пола цеха.

Многочисленные исследования показали, что заготовки, отлитые на машинах радиального типа, не уступают по качеству заготовкам, по­лученным на вертикальных машинах. Вместе с тем высота машин этой системы значительно меньше, чем вертикальных, и поэтому для машины радиального типа не требуется глубоких колодцев или высоких цехов, что снижает капитальные затраты на строительство отделения непре­рывной разливки примерно на 10—30%. На машинах радиального типа можно получать более высокую скорость разливки за счет резерва длины зоны вторичного охлаждения, совмещать процесс разливки стали с обжатием литой заготовки в одном агрегате, выпускать заготовки неограниченной длины, что имеет особенно большое значение для широ­кополосных непрерывных станов при производстве горячекатаных полос в рулонах массой более 40—50 т.

Разновидностью машин криволинейного типа являются овальные машины, у которых кристаллизатор, так же как и у машин радиального типа, выполнен по дуге окружности одного радиуса, а зона вторичного охлаждения — по дуге с переменным радиусом. Этим обеспечивается постепенное выпрямление слитка с жидкой сердцевиной в горизонталь­ное положение. Машины этого типа характеризуются еще меньшей высотой, чем радиальные, однако пока опыт эксплуатации не подтвер­дил их преимущества по сравнению с машинами радиального типа.

Горизонтальные и наклонные машины для непрерывного литья находятся еще в стадии опытного опробования.

На рис. 14 приведены сравнительные данные по высоте машин различного типа для непрерывного литья стальных сортовых заготовок сечением 150х150 мм.

 

Рисунок 14 -  Сравнительные данные о высоте машин непрерывного литья стальных сорто­вых заготовок сечением 150X150 мм:

а— вертикальные; б — вертикальные с изгибом заготовки; в — радиальные; г — овальные

 

 

МНЛЗ ОАО НТМК

 

Для производства НЛЗ на ОАО «НТМК» установлены четыре МНЛЗ радиального (криволинейного) типа. Машины непрерывного литья заготовок входят в состав отделения непрерывной разливки стали (ОНРС), совмещенного с конвертерным цехом. Скорость разливки составляет 0,2-1,4 м/мин.

                  

МНЛЗ № 1

 

НАЗНАЧЕНИЕ

Первая машина непрерывного литья заготовок (блюмов) была пущена в эксплуатацию в июле 1995г. Она предназначена для получения слитков круглого и прямоугольного сечения.

 

 

Таблица 14 — ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МНЛЗ №1

 

Тип машины	VAI-BLC 12/4С радиальная машина с криволинейным кристаллизатором; Австрия; Фирма «VOEST-ALPINE»
Количество ручьев	4
Межосевое расстояние ручьев	1750 мм
Радиус машины	12000 мм
Диапазон скоростей машины: - в направлении разливки - против направления разливки (ввод затравки) - на отводящем рольганге	0 – 1,5 м/мин.   Не более 3 м/мин. 30 м/мин.
Металлургическая длина	Не более 32,6 м
Объем плавки	160 т
Сечения отливаемых заготовок	430 мм – круг 300×300 мм 300×330 мм 300×360 мм
Длина отливаемых заготовок, мах и мin	2800×6600 мм
Режим работы:	Плавка на плавку
Технология:	Разливка с погружаемым стаканом с подачей разливочного порошка
Прием ковша	Поворотный стенд
Устройство для резки	Машина газокислородной резки
Тип затравки:	Стандартная затравка с постоянной головкой, ввод снизу
Маркировочное устройство	Клеймовочная машина

 

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ КОМПОНЕНТОВ МАШИНЫ

 

Таблица 15 — Оборудование для разливочной площадки