Materia prima, principalele tipuri de laminoare si produsele finite ale laminarii

Materia prima, principalele tipuri de laminoare si produsele finite ale laminarii

1.1.          Notiuni generale

Laminarea este procesul de deformare plastica pe care il sufera un material cand trece printre doi sau mai multi cilindrii aflati in miscare de rotatie. Cilindrii de laminare se rotesc in sens contrar sau in acelasi sens, antrenad prin frecare, materialul metalic in zona in care are loc deformarea (Fig. 1.).

Utilajul de lucru poarta denumirea de laminor, procesul de deformare se numeste de laminare iar produsul rezultat laminat.

Dimensiunile materialului se reduc in directia presarii lui de catre cilindrii si cresc in celelalte directii, mai ales in directia de avans a acestuia.

Fig.1.

1-     Cilindrii

2-     Semifabricat

3-     Produsul laminat 

Principalele procedee de laminare sunt :

a.     Laminarea longitudinala (fig.1a)

b.     Laminarea transversala (fig1b)

c.      Laminarea oblica sau elicoidala(fig.1c)

Laminarea are loc la cald sau la rece si are urmatoarele scopuri:

sa schimbe structura la turnare intr- o structura fina

sa transforme un semifabricat de sectiune transversala mai mare in laminate cu sectiunea dorita

1.2.          Materia prima si pregatirea ei pentru laminare

Materia prima pentru obtinerea laminatelor o constituie lingourile. Masa si forma lor sunt determinate de compozitia chimica a materialului metallic, de tipul si constructialaminoarelor, de sortimentul produselor finite.

Laminoarele de semifabricate lamineaza lingouri cu masa de 200 kg.- 35 t in blumuri de 3- 10 t si mai mult si sleburi de 8- 25 t.

Propietatiile materiei prime influenteaza propietatiile lingourilor. Astfel retasura si porozitatea, segregatia , sulfurile, defectele de suprafata, incluziunile nemetalice si alte defecte de suprafata trebuie sa fie in cantiatati cat mai mici. Pentru a preveni aparitia defectelor pe suprafata laminatelor inainte de incalzire, lingourile se supun controlului de calitate. Defectele lingourilor se transmit pe semifabricat si pot fi inlaturate. Aceasta duce la obtinerea produselor laminate cu calitati corespunzatoare.

1.2.1.     Semifabricate folosite pentru laminare

Prin semifabricate se intelege produsele intermediare obtinute din laminarea lingourilor, destinate unei prelucrari ulterioare prin deformare plastica.

Din aceasta categorie fac parte:

Blumurile - semifabricate cu sectiune patrata si lungimea minima a laturii de 150 mm, obtinute din laminarea lingourilor pe laminoare numite bluminguri.

Sleburile - semifabricate cu sectiunea dreptunghiulara obtinute pe laminoare numite slebinguri sau pe bluminguri. Au grosimea minima de 80 mm, iar latimea maxima 1800 mm si uneori mai mult.

Taglele plate - semifabricate cu sectiunea patrata, cu dimensiuni de 140 140 mm pana la 40 40 mm obtinute pe laminoare de semifabricate. Taglele plate sunt destinate relaminarii in bare si benzi.

1.2.2.     Controlul si inlaturarea defectelor

Defectele de suprafata la lingouri si semifabricate pot fi puse in evident printr-o veificare atenta si eliminare inainte de obtinerea produsului finit. Aceasta se face vizual sau cu flux magnetic si pilitura de fier.

Curatirea este operatia de eliminare a defectelor. Metodele de curatire sunt:

curatirea manuala - consta in utilizarea unui ciocan pneumatic si a unei dalti, cu ajutorul careia se elimina materialul cu defectele de pe suprafata produselor.

curatirea mecanica - se realizeaza cu masini de frezat care permit prelucrari rapide. Se pot efectua aschieri repetate in adancime, sau numai partiala a suprafetei profilului. Se pot utiliza masini pentru frezarea la cald in flux. O alta metoda este decojirea pe strunguri special.

curatirea prin flamare - consta in curatirea defectelor cu ajutorul unor arzatoare cu oxygen, producandu- se o temperatura ridicata care topeste stratul superficial.

O alta metoda de curatire a suprafetei este polizarea cu o masina de polizare fixa sau oscilanta compusa dintr- un disc abraziv actionat electric.

1.3.          Incalzirea materiei prime pentru laminare

Inainte de laminare, materialele metalice se supun incalzirii pentru micsorarea rezistentei la deformare si cresterea plasticitatii.

Temperatura de incalzire (t_inc) inainte de inceperea procesului trebuie sa asigure realizarea procesului si temperature ceruta la sfarsitul laminarii (t_sf), adica:

t_inc = t_sf +Δt

in care Δt este scaderea totala a temperaturii in cursul prelucrarii, din momentul evacuarii semifabricatului din cuptor pana la terminarea procesului da laminare.

Temperature de incalzire depinde de compozitia chimica, caracteristicile tehnologice ale materialelor metalice, precum si de cerintele calitative impuse produsului finit. Acestea sunt recomandate pentru diferite calitati de materiale in literature de specialitate.

Regimul de incalzire in vederea laminarii este determinat de masa lingourilor sau semifabricatelor, temperature acestora la incalzire, compozitia chimica, temeratura cuptorului, etc. Timpul de incalzire al lingourilor reci variaza de la 8 - 22 h, iar al celor calde de la 2 -10 h(fig. 2).

Timpul de incalzire se poate calcula cu relatia:

T = k₁ k₂ d

in care: T este timpul total de incalzire de la 20 la 1200^oC, in ore;

k₁ - coeficientul de calitate egal cu 10 pentru oteluri carbon si 20pentru oteluri inalt aliate;

k₂ - coeficientul de pozitie, egal cu 1,4 pentru lingourile singulare, 2 sau 2,2 pentru cele situate la o distanta d, respective ½ d unul de celalat si 4 pentru lingourile sau semifabricatele incalzite in cuptoare cu propulsie;

d - grosimea medie a lingoului sau semifabricatului, in metrii.

Fig. 2. Diagrama pentru stabilirea timpului total de incalzire a lingourilor si semifabricatelor reci in functie de latura acestora si calitatea otelului;

1.     Otel carbon hipoeutectoid;

2.     Otel carbon hipoeutectoid si slab aliat pentru constructii;

3.     Otel mediu aliat pentru constructii, mediu aliat pentru scule, otel pentru rulmenti si pentru arcuri;

4.     Otel inalt aliat pentru constructii si inoxidabil feritic;

5.     Otel inalt aliat pentru scule, inoxidabil martensitic si inoxidabil austenitic;

6.     Otel rapid si manganos.

Pentru incalzirea lingourilor (5- 8t) calde din otel carbon se foloseste relatia:

T = 7,0 - 0,006 (t - 200)

In care: T - timpul de incalzire, in ore;

t - temperature lingourilor la introducerea in cuptor, in ^oC.

In precesul de incalzirii, prin formarea oxizilor de suprafata, se pierde 1,5- 2 % din metalul respective, iar daca luam in considerare ca pentru obtinerea laminatelor finite se aplica cateva incalziri, atunci pierderile totale se ridica la 3-4 %.

1.4.          Racirea laminatelor

Produsele laminate la cald se racesc pe paturi de racire sau in aer. Unele oteluri cu continut mediu si ridicat de carbon, impun o racire dirijata, incetinita. Aceasta deoarece pot sa apara fisuri interioare si de suprafata. La laminarea la cald se produce nu numai ecruisarea ci si recristalizarea, care micsoreaza tensiunile interne ce apar datorita interactiunii diferitelor parti componente ale laminatului in procesul modificarii permanente a formei.

In prima perioada a racirii, straturile de la suprafata laminatului sunt supuse la tensiuni de intindere, iar cele interne la comprimare. La racirea in continuare, starea de tensiuni se schimba, deoarece contractia straturilor reci de la suprafata a incetat, iar staturile interioare continuand sa se raceasca isi micsoreaza dimensiunile comprimand prin aceasta portiunile periferice reci cu care acestea au o legatura neintrerupta.

Fig. 3. Schema variatiei tensiunilor la racirea otelului

Tensiunile interne se insumeaza cu tensiunile remanente care apar in timpul deformarii. Viteza de racire dupa lamianare determina nu numai valoarea tensiunilor interne ci si starea structurala si propietatiile fizico- mecanice.

La otelurile de uz general pentru constructii, racirea accelerata dupa laminare imbunatateste propietatiile de rezistenta si mareste plasticitatea otelurilor inoxidabile.

La racirea laminatelor se folosesc urmatoarele medii si metode de racire:

racirea pe paturi de racire si in stive. Se aplica produselor laminate fara tendinta de a forma fisuri si fulgi;

racirea prin suflarea cu aer uscat, umed si apa pulverizata. Se obtine o racire accelerata,are loc un proces de calire;

racirea accelerata prin introducerea in apa. Are ca efect imbunatatirea structurii, a caracteristicilor de rezistenta;

racirea dirijata a laminatelor din materiale metalice cu tendinta de formare a fisurilor, fulgilor si a altor defecte.

1.5.          Clasificarea laminatelor

Prin laminare se produc diferite tipuri de profile care se deosebesc prin forma sectiunii lor tansversale. Toate produsele laminate sunt, de regula, standardizate in privinta parametrilor si dimensiunilor de baza: profile, table si benzi, tevi si tipuri speciale de laminate.

Acestea se pot clasifica in:

profile cu destinatie generala;

profile cu destinatie speciala.

In prima grupa intra: profilele rotund si patrat, banda ingusta si laminatele plate profilul I, U, L, sarma, etc. din grupa a doua fac parte: sinele de cale ferata, sinele pentru tramvai, profile pentru constructia de masini, etc.

Fig. 4. Tipuri de laminare: 1. Profil patrat,2. Profil rotund, 3. Profil haxagonal, 4. Banda, 5. Profil cornier (a. cu aripi egale, b. cu aripi neegale), 6. Sina de cale ferata, 7. Sina de tramvai, 8. Profil I, 9. Profil U, 10. Profil Z, 11. Profil de imbinare.

1.6.   Scheme tehnologice de laminare

Sectiile de laminare au in comonenta lor:

laminnoare degrosisoare (bluminguri, slebinguri) si laminoare de semifabricate;

laminoare de profile (sine si grinzi, profile grele,etc.);

laminoare de tabla;

laminarea de tevi, etc.

Din operatiile de baza ale oricarei scheme tehnologice de laminare fac parte:

pregatirea materiei prime;

incalzirea inainte de laminare;

laminarea;

racirea laminatelor;

ajustarea cu operatii de taiere, racire, indreptare, etc.

Incalzirea in cuptoare de propulsie

Ajustarea si livrarea laminatelor finite

Racirea dupa laminare

Laminarea la liniile de profile

Laminarea la liniile de table

Debitarea, racirea, controlul si curatirea

Turnarea continua a          otelurilor ote

Fig.5. Schema tehnologica de laminare a semifabricatelor obtinute din turnarea continua.

1.7.          Calculul laminatelor 

Utilajul laminorului care serveste la deformarea materialului intre cilindrii se numeste utilaj de baza, iar linia dupa care se amplaseaza aceasta se numeste linia principala a laminorului. Utilajele destinate pentru efectuarea celorlalte operatii se numesc masini si mecanisme auxiliare ale laminorului. Orice laminor are in componenta sa una sau mai multe caje de laminare ce asigura deformarea plastica a metalului intre cilindrii.

Laminoarele se clasifica:

dupa destinatie;

dupa numarul si modul de amplasare a cajelor;

dupa numarul si pozitia cilindrilor in caje;

1.7.1.     Clasificarea laminoarelor dupa destinatie

a)     laminoare degrosiere:

bluminguri;

slebinguri;

de semifabricate: - laminoare continue cu un singur tren;

- laminoare continue cu doua trenuri;

- laminoare in serie pentru semifabricate de tevi;

b) laminoare de profile: - de sine si grinzi;

- grele;

- mijlocii;

- usoare si sarme;

c) laminoare de table si benzi: - la cald;

- la rece;

d) laminoare de tevi;

e) laminoare de destinatie speciala;

1.7.2.     Clasificarea laminoarelor dupa amplasarea cajelor

Dupa acest criteriu, varianta cea mai simpla o constituie laminorul cu o singura caja (Fig. 5.). La laminarea mai multor produse acest tip de laminare devine ineficient.

Fig. 6. Schema laminorului cu o singura caja:

1-     motor; 2- reducator; 3- caja de lucru;

Laminorul liniar cu cajele amplasate in linie (Fig. 6.) este o varianta mai simpla.

Fig. 7. Schema laminorului liniar:

1.     motor; 2. reductor; 3. caja de angrenare; 4, 5, 6 - caje de lucru.

La laminorul compus din doua linii are loc cresterea turatiei la fiecare linie (fig. 7). Linia 1 are o singura caja iar linia 2 are mai multe caje. Caracteristic pentru acest tip de laminor este faptul ca cilindrii din linia 1 sau degrosisoare sunt de diamtru mai mare, iar turatia este mai mica decat a cilindrilor din linia 2 sau fina.

Fig. 8. Schema laminorului compus din doua linii.

Pentru cresterea vitezei de laminare, la laminoarele de tip liniar se procedeaza la instalarea cejelor in trei, patru, iar uneori in cinci linii.

Amplasarea consecutiva a cajelor, al caror numar se ia egal cu numarul necesar de treceri a barei printre cilindrii, asigura cresterea productiei specifice a laminoarelor. La aceste instalatii se realizeaza dupa principiu: in fiecare caja o singura trecere. Cele mai moderne laminoare de acest tip sunt cele continue.

1.7.3.     Clasificarea laminoarelor dupa numarul si pozitia ilindrilor in caje

Cajele cu doi cilindrii pot fi:

reversibile - se lamineaza profile de dimensiuni mari

nereversibile

Fig. 9 . Schema de amplasare a cilindrilor in cajejele cu doi cilindrii.

Cajele cu trei cilindrii au axele situate intr- un singur plan vertical. Cele cu cilindru din mijloc de diametru mic se utilizeaza la laminarea tablei.

Fig. 10. Schema de amplasare a cilindrilor in cajele trio:a- laminoarele de profile; b - laminoarele de tabla.

Cajele cu patru cilindrii sunt formate din doi cilindrii de lucru si doi de sprijin, situati in acelasi plan. Laminare se realizeaza intre cilindrii de lucru antrenati, cu diametru mic, care pentru micsorarea incovoierii si cresterea rigiditatii intregului sistem se reazama pe cilindrii de sprijin cu diametru mult mai mare.

Fig. 11. Amplasarea cilindrilor in Fig. 12. Amplasarea cilindrilor in caje sexto:  caje curto: 1 - cilindrii de sprijin;1 - cilindrii de sprijin;2 - cilndrii de lucru.2 - cilndrii de lucru.

Cajele cu sase cilindrii se compun din doi cilindrii de lucru si patru de sprijin (Fig.11). nu sunt prea raspandite deoarece sunt complicate.

Cajele cu mai multi cilindrii se construiesc cu doisprezece si douazeci de cilindrii. Constructia complicata a acestora este justificata de o serie de avantaje.

Cajele planetare sunt formate din doi cilindrii de sprijin actionati si doua sisteme compuse din cilindrii de lucru ale caror lagare sunt inchise intr- un cadru cu aranjamentdintat care asigura deplasarea cilindrilor de lucru in jurul celor de sprijin. Acestea se utilizeaza pentru laminare la cald a tablelor si benzilor, aplicand reduceri mari intr- o singura trecere.

Cajele universale sunt compuse din doi cilindrii orizontali si doi cilindrii verticali. Cilindrii verticali asigura reducerea laminatului in directia transversala fara rasturnarea laminatului.

Cajele cu cilindrii inclinati se utilizeaza pentru laminatrea tevilor si profilelor.

Cajele de tip special se utilizeaza pentru laminarea rotilor si a altor piese.

1.8. Componenta liniei si cajei de laminare

Prin linie de laminare se intelege ansamblul format din caja de lucru, motorul de actionare a acestuia si mecanismele de transmisie ale momentului motor. Mecanismele de transmisie a  momentului motor la caja de laminare sunt: reductorul si cuplajul principal, volantii, caja de angrenare.

Motoarele de actionare a laminoarelor sunt motoare electrice atat de curent continuu cat si de curent alternativ.

Cuplajele utilizate la liniile principale ale laminoarelor sunt de urmatoarele tipuri constructive:

cuplaje fixe sau rigide prin prelungirea arborelui principal de transmisie de la motor;

cuplaje de compensatie care permit mici deplasari sau dezaxari a arborelui. Se intalneste la cuplarea reductorului cu caja de angrenaj;

cuplaje elastice, care fiind montate pe arborele motorului de actionare, protejeaza motorul de socurile liniei de laminare;

cuplaje de siguranta care se monteaza intre arborele motor si arborele volantului, decuplandu- se automat la depasirea sarcinii normale;

Volantii au rol de a acumula energie in timpul de pauza a laminarii, pe care o cedeaza apoi laminorului in timpul laminarii. Reducatorul se foloseste in cadrul liniilor de laminare ireversibile, cand turatia necesara cilindrilor este mai mica. Caja de angrenaj are rolul de a transmite cajei de lucru momentul de rotatie si de a schimba sensul de rotatie al acestora. Caja de lucru a laminorului este formata din:

cilindrii de lucru care pot fi cu tablie netede sau cu tablie profilata;

cadrele cajei de lucru formata din: doi stalpi, traversa superioare, traversa inferioara formand elementele de rezistenta ale cajei delucru;

lagarele cilindrilor;

surubul de presiune impreuna cu piulita surubului din traversa superioara a celor doua cadre ale cajei de lucru formeaza dispozitivul de reglare pe verticala a cilindrului superior;

dispozitivul de echilibrare a cilindrului se realizeaza prin tiranti sau arcuri;

placile da baza plasate pe fundatie pentru asigurarea coaxialitatii;

capse de siguranta, care prin distrugerea lor asigura protejarea cilindrilor de lucru;

dispozitive de reglare a cilindrului inferior se face cu pene sau cu suruburi de presiune;

dispozitive de reglare a cilindrului mijlociu se face la fel ca reglarea cilindrului inferior.