Основы калибровки валков сортовых прокатных станов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» 

 

 
 
 

 

 

 

 
 

 

№ 1272 

Кафедра инжиниринга технологического оборудования
Кафедра пластической деформации специальных сплавов 

В.Б. Шишко 
В.А. Трусов 
Н.А. Чиченёв 

Основы калибровки валков
сортовых прокатных станов 

Учебное пособие 

Допущено учебно-методическим объединением 
по образованию в области металлургии в качестве учебного 
пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлению 150100 – Металлургия и специальности 
150404 – Металлургические машины и оборудование 

Москва  2010 

УДК 621.771.074 
 
Ш55 

Р е ц е н з е н т  
д-р техн. наук, проф. В.А. Осадчий 

Шишко В.Б., Трусов В.А., Чиченёв Н.А. 
Ш55  
Основы калибровки валков сортовых прокатных станов: 
Учеб. пособие. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2010. – 247 с. 
ISBN 978-5-87623-338-7 

Изложены основные принципы калибровки валков для прокатки сортовых профилей. Приведены способы построения, основные геометрические 
соотношения и способы расчета калибров для прокатки фасонных и сортовых профилей общего назначения. Рассмотрены примеры практического расчета формоизменения металла, построения калибров, температурных и энергосиловых параметров при прокатке  сортовых профилей, а также примеры 
расчета формоизменения металла и построения калибров для прокатки угловой стали, балок, швеллеров и рельсов. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 
150100 «Металлургия», при проведении практических занятий, курсовом и 
дипломном проектировании, а также может быть полезно специалистам, работающим в сфере сортопрокатного производства. 

УДК 621.771.074 

ISBN 978-5-87623-338-7 
© Шишко В.Б., 
Трусов В.А., 
Чиченёв Н.А, 2010 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Условные обозначения.............................................................................5 
Предисловие..............................................................................................8 
Введение....................................................................................................9 
1. Геометрические соотношения в вытяжных калибрах 
и параметры формоизменения...............................................................10 
1.1. Ящичные калибры .......................................................................10 
1.2. Ромбические (квадратные) калибры..........................................11 
1.3. Овальные калибры.......................................................................12 
1.4. Плоские овальные калибры ........................................................12 
1.5. Шестигранные калибры..............................................................13 
1.6. Круглые калибры.........................................................................14 
1.7. Ребровые овальные калибры ......................................................15 
1.8. Шестиугольные калибры ............................................................16 
1.9. Параметры формоизменения в вытяжных калибрах................17 
2. Реверсивные станы.............................................................................21 
2.1. Технологические основы прокатки на реверсивных станах....21 
2.2. Порядок расчета схемы обжатий блюмов.................................24 
2.3. Скоростной режим прокатки на реверсивных станах..............35 
2.4. Продолжительность участков прохода......................................39 
2.5. Порядок расчета скоростного режима.......................................40 
2.6. Усилие прокатки..........................................................................47 
2.7. Крутящий момент прокатки .......................................................50 
2.8. Порядок расчета энергосиловых параметров прокатки...........55 
3. Вытяжные системы калибров............................................................65 
3.1. Порядок расчета вытяжных систем калибров...........................65 
3.2. Системы ящичных калибров ......................................................68 
3.3. Система калибров «прямоугольник–гладкая бочка» ...............86 
3.4. Система калибров «ромб–квадрат» ...........................................86 
3.5. Система калибров «овал–квадрат» ............................................92 
3.6. Система калибров «шестигранник–квадрат»..........................100 
3.7. Система калибров «овал–круг»................................................100 
3.8. Система калибров «плоский овал–круг».................................101 
3.9. Система калибров «овал–ребровой овал»...............................108 
3.10. Система калибров «гладкая бочка–круг»..............................108 
3.11. Энергосиловые параметры прокатки.....................................108 
3.12. Машинное время и время передачи раската 
из одного калибра в другой .............................................................112 

3.13. Температура металла...............................................................113 
4. Трехвалковые вытяжные системы ..................................................118 
4.1. Особенности трехвалковых вытяжных систем.......................118 
4.2.  Геометрические соотношения и схема формоизменения.....119 
4.3. Порядок расчета калибровки валков .......................................121 
4.4. Трехвалковые калибрующие блоки клетей.............................128 
5.  Фасонные профили..........................................................................129 
5.1.  Проектирование калибровки валков.......................................130 
5.2. Калибровка валков для прокатки угловой стали....................132 
5.3. Калибровка валков для прокатки двутавровых профилей ....150 
5.4.  Калибровка валков для прокатки швеллеров.........................176 
5.5. Калибровка валков для прокатки рельсов...............................211 
Заключение............................................................................................239 
Библиографический список.................................................................240 
Приложения ..........................................................................................242 
 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

Геометрия раската и калибра 

A 
– площадь калибра и поперечного сечения раската, мм2 

а 
– характерный размер заданного профиля, мм 
bд 
– ширина дна калибра, мм 
h, b – высота и ширина раската и калибра, мм 
m 
– высота боковой внешней зоны (притупление раската), мм 
r 
– радиус закругления углов раската и в калибре, мм 
s 
– зазор между валками, мм 
Λ 
– соотношение осевых размеров раската 
ν 
– коэффициент формы поперечного сечения раската 
νк 
– коэффициент формы калибра 
ϕ 
– угол для построения калибра, град, рад 
ψ 
– коэффициент простора для уширения в калибре 

Очаг деформации и параметры формоизменения 

Aконт – площадь проекции поверхности контакта металла, мм2 

Kзап – коэффициент заполнения калибра 
lдуг – длина проекции дуги контакта металла с валками, мм 
Rкат – катающий радиус, мм 
α 
– угол захвата металла, град 
β 
– коэффициент уширения 
γ 
– нейтральный угол калибра, рад 
Δb 
– уширение металла, мм 
Δh 
– обжатие металла, мм 
ε 
– относительное обжатие 
λ 
– коэффициент общей вытяжки в системе калибров 
μ 
– коэффициент вытяжки 
μср 
– коэффициент средней вытяжки 
μΣ 
– коэффициент общей вытяжки 
1/η – коэффициент обжатия 

Энергосиловые параметры 

е 
– плечо приложения равнодействующей усилия прокатки, мм 
F – усилие прокатки, кН 
f 
– коэффициент трения 
i 
– коэффициент опережения металла 
k1 – коэффициент, учитывающий материал валков 
k2 – коэффициент, учитывающий материал прокатываемого раската 
k3 – коэффициент, учитывающий влияние скорости прокатки 
М – момент прокатки, кН⋅м 
n 
– частота вращения валков, мин–1 
nσ – коэффициент напряженного состояния 
рср – среднее давление металла на валки, МПа 
T – температура металла перед входом в валки, °С 
u 
– скорость деформации, с–1 

v 
– скорость прокатки, м/с 
W – условное число оборотов валков за проход         
y 
– ускорение, мин–1/с 
σ – сопротивление металла деформации, МПа 
ψ – коэффициент плеча приложения равнодействующей 

         Температура металла 

Cs – постоянная излучения абсолютно черного тела, ккал/(м2·К·ч) 
с 
– теплоемкость металла, ккал/(кг ·°С) 
D – приведенный диаметр поперечного сечения раската, мм 
L – длина пути раската, м 
Nu  – критерий Нуссельта 
Re – критерий Рейнольдса 
Т – температура, °С 
ΔT – изменение температуры, °C 
Δt – время охлаждения раската, с 
ε 
– коэффициент излучения; 
ζ 
– степень черноты металла 
κ 
– коэффициент теплопередачи, ккал/(ч·м2 ·°С) 
λвоз – теплопроводность воздуха, ккал/(м·ч ·°С) 
ρ 
– плотность металла, кг/м3  
Ф – площадь поверхности излучения раската, мм2 
φ – функция угла атаки 
ω  – скорость потока омывающей среды относительно раската, м/с 

Линейные размеры на стане 

D 
– диаметр, мм 
L 
– расстояние от оси прокатных валков до оси кантующих роликов, мм (расстояние между осями валков смежных рабочих 
клетей, м) 
lб 
– длина бочки валка, мм 
lш 
– длина шейки валка, мм 
S 
– расстояние между осями линий стана, м 
α 
– угол скручивания при кантовке, град 

         Технико-экономические показатели 

ВГ – коэффициент выхода годного 
П 
– производительность, т/ч 
Скпр – плановое число суток на ремонты 
Т  
– такт прокатки, с 
Чном  – фактическое число часов работы в году 
Чт.п – текущие простои, ч 
G 
– масса раската, т 
g 
– доля профилеразмера в общем объеме производства (по массе) 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Методы расчета калибровок валков отличаются трудоемкостью и 
большими затратами времени. В настоящее время они, как правило, 
предусматривают использование информационных технологий. Однако при этом теряются их наглядность и понимание физического 
смысла происходящих процессов. 
При обучении процессам калибровки валков сортовых станов для 
понимания методики и выработки навыков необходимо уметь выполнять весь комплекс расчетов вручную. Такая методика должна 
быть максимально приспособлена для ручных расчетов и не только 
отвечать учебным целям, но и быть пригодной для практического 
использования при разработке калибровок валков промышленных 
прокатных станов. 
В учебных пособиях, опубликованных авторами в 2003 и 2007 гг., 
изложены основные принципы калибровки валков сортовых прокатных станов. В данном пособии рассмотрены примеры калибровки 
валков сортовых прокатных станов, в основу которых положены результаты анализа и разработки действующих калибровок валков, а 
также многолетний опыт преподавания для студентов и слушателей 
курсов повышения квалификации и переподготовки кадров на ряде 
металлургических предприятий. 
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 150100 «Металлургия», и может быть использовано при проведении практических занятий, выполнении курсовых и дипломных 
проектов. Оно может быть полезно инженерам-технологам при разработке режимов производства сортового проката, а также для инженеров-механиков, занимающихся проблемами эксплуатации оборудования сортовых прокатных станов.  

ВВЕДЕНИЕ 

В общем металлургическом цикле сортопрокатное производство 
занимает важное место. От уровня его рациональности и, в первую 
очередь, эффективности технологии прокатки зависят производительность станов, безаварийность работы оборудования, уровень механизации и автоматизации, себестоимость и, в конечном счете, потребительское качество готового проката. 
Проектирование технологии прокатки на сортовых станах требует 
большого инженерного опыта. Ошибки приводят к значительным 
материальным и производственным потерям, а также к преждевременному выходу из строя производственного оборудования. 
В настоящее время разработаны типовые схемы прокатки, научно 
обоснованные инженерные методы расчета формоизменения металла 
и проектирования калибровок валков, определены правила расположения калибров на валках. 
Выраженными тенденциями развития сортопрокатного производства являются применение непрерывных процессов и непрерывно 
литых заготовок, увеличение скоростей прокатки при полной механизации и автоматизации технологических процессов. 
Решение этих задач неразрывно связано с развитием и совершенствованием методов расчета калибровок валков как основного фактора, определяющего рациональность технологического процесса. 
В данном пособии изложены основы инженерных методов расчета калибровок валков сортовых прокатных станов, выработанные на 
основании анализа действующих калибровок и многолетнего опыта 
проектирования технологии прокатки на сортовых станах, а также 
приведены примеры практических расчетов.  

1. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ 
В ВЫТЯЖНЫХ КАЛИБРАХ И ПАРАМЕТРЫ 
ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ 

1.1. Ящичные калибры  

Схема построения калибра приведена на рис. 1.1.  

 

Рис. 1.1. Схема построения ящичного калибра 

Выпуск ящичных калибров принимают равным: tg φ = 0,08...0,15 для 
чистовых и tg φ = 0,20...0,35 для черновых и обжимных калибров. Выпуклость дна калибра составляет 0...5,0 мм (на рисунке не показана). 
Остальные размеры определяют по следующим соотношениям: 

r = (0,08...0,10) h;   r1 = (0,8…1,0)r ;   
к
д
arc tg b
b
h
s
−
ϕ =
−
; 

к
tg
b
b
m
s
−
=
+
ϕ
;   
(
)(
)

2
к
к
д
0,5
4
tg 4
2
4
2
A
b
b
h
s
r ⎡
⎤
π
φ
π
φ
⎛
⎞
⎛
⎞
=
+
−
−
−
−
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎝
⎠
⎣
⎦
. 

Здесь для ящичного и последующих типов калибров Aк – сумма 
площадей поперечного сечения двух ручьев. 
Площадь поперечного сечения прокатанного раската 

(
)(
)

2
м
д
0,5
4
tg
.
4
2
4
2
A
b
b
h
m
r
mb
⎡
⎤
π
ϕ
π
ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
=
+
−
−
−
−
−
+
⎜
⎟
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎝
⎠
⎣
⎦
 

1.2. Ромбические (квадратные) калибры 

Схема построения калибра приведена на рис. 1.2.  

 

Рис. 1.2. Схема построения ромбического (квадратного) калибра 

Радиусы закруглений калибра принимают из соотношений 

r = (0,08...0,10)a;    r1 = (0,8...1,0)r. 

Для ромбических калибров можно принимать r = (0,08...0,10) h. 
Угол при вершине 

φ = π – 2

2
2
к
к

2
2
arctg
arcsin
(
2 )

h
s
r
r
b
h
s
r
b

⎛
⎞
−
−
⎜
⎟
+
⎜
⎟
−
−
+
⎝
⎠
. 

Для квадратных калибров при заданном значении ϕ 

к
1
(
)
2
1
tg 2
sin 2

b
h
s
r

⎡
⎤
⎛
⎞
⎢
⎥
⎜
⎟
′
ϕ
=
−
+
−
⎢
⎥
⎜
⎟
′
ϕ
⎢
⎥
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎣
⎦

;   h′ = 
к

tg 2

b
s
+
′
ϕ
;   
к

tg 2

b
b
m
s
−
=
+
′
ϕ
;   

(
)

2
к
к
0,5
2
tg
2
2
A
b
h
s
r ⎡
⎤
π − ϕ
π − ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
′
=
−
−
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎝
⎠
⎣
⎦
; 

(
)

2
м
0,5
2
tg
2
2
A
b h
m
r
mb
⎡
⎤
π − ϕ
π − ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
′
=
−
−
−
+
⎜
⎟
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎝
⎠
⎣
⎦
. 

 

1.3. Овальные калибры 

 
Схема построения калибра приведена на рис. 1.3. 
Параметры овальных калибров определяют по формулам 

(
)
(
)

2
2
к
4

b
h
s
r
h
s

+
−
=
−
;   

2
2
2
4
b
m
h
r
r
⎛
⎞
⎜
⎟
=
−
−
−
⎜
⎟
⎝
⎠
;   
к
2arcsin 2
b
r
ϕ =
; 

r1 = (0,07…0,08) h; 
2arcsin 2
b
r
′
ϕ =
; 

2
2
2
к
к
4

kb
A
r
b
r
′
=
ϕ −
−
;   

2
2
2
м
4
b
A
r
b r
mb
′
=
ϕ −
−
+
. 

 

Рис. 1.3. Схема построения овального калибра 

1.4. Плоские овальные калибры 

Схема построения калибра приведена на рис. 1.4. 
Параметры плоских овальных калибров вычисляют по формулам 

2
h
r =
;   r1 = (0,07…0,08) h;   bд = b0 – 2 r0;   bк = bд + 

2
2
2
s
r
⎛
⎞
−⎜
⎟
⎝
⎠
; 

к
д
arc sin
2
b
b
r
−
ϕ =
; 
⎥
⎥

⎦

⎤

⎢
⎢

⎣

⎡

⎟⎟
⎠

⎞
⎜⎜
⎝

⎛
−
−
−
−
=

2
д
2
2
2
b
b
r
r
h
m
; φ′ = аrc sin
r
b
b
2

д
−
;