Какой инструмент необходим для прокатки. Оборудование и инструмент для прокатки. Вспомогательное оборудование прокатного производства

Инструментом прокатки являютсявалки , с помощью которых обрабатываются слитки и другие заготовки. Валки бывают:

гладкие для проката листов, лент;

ступенчатые для прокатки полосовой стали;

ручьевые для получения сортового проката.

Профиль выреза на боковой поверхности валка называется ручьем . Ручей верхнего и нижнего валков в совокупности образуюткалибр .

На каждой паре валков размещают несколько калибров, форма которых зависит от прокатываемого профиля. Сложные профили проката получают последовательными пропусками металла через серию калибров. Для рельсов число калибров 9, для балок от 9 до 13, для проволоки – от 15 до19.

В зависимости от стадии прокатки различают калибры обжимные (уменьшающие сечение заготовки),черновые (приближающие сечение заготовки к заданному профилю) ичистовые илиотделочные (дающие заданный профиль).

Оборудование , на котором прокатывается металл, называется прокатным станом.Принцип работы прокатного стана следующий: прокатные валки монтируются в подшипниках, находящихся в стойках станины. Комплект валков вместе со станиной называется рабочей клетью. Рабочие валки получают вращение от двигателя через редуктор, передающий вращательное движение через шестеренную клеть и шпиндели.

К прокатному стану относятся также вспомогательные машины и механизмы, выполняющие подсобные операции по резке, отделке транспортировке прокатываемого металла.

§ 3. Классификация прокатных станов

Станы классифицируются по 3 основным признакам:

по назначению;

по числу и расположению валков в рабочих клетях;

3. по числу и расположению рабочих клетей.

По назначению станы разделяют на 2 основных типа:

станы для производства полупродукта;

станы для производства готовой продукции.

Кпервому типу относятсяобжимные и заготовочные станы. Обжимные станы –блюминги и слябинги с диаметром валков 800―1400 мм – предназначены для прокатки слитков в заготовки крупных размеров (блюмы и слябы), которые в качестве полупродукта поступают для последующей прокатки в заготовки меньших размеров или для получения готового продукта. Заготовочные станы имеющие диаметр валков450―750 мм предназначены для прокатки блюмов в заготовки более мелких размеров (от 5050 мм до 150150 мм), являющихся исходным материалом для дальнейшей прокатки на сортовых станах.

Ко второму типу станов относят:

1. рельсобалочные с валками диаметром 750 – 900 мм для прокатки

железнодорожных рельсов, двутавровых балок, швеллеров, уголков

крупных размеров;

2. крупносортовые с валками диаметром 500―750 мм для прокатки крупносортовой стали (квадратной и круглой от 80 до 150 мм), балок и швеллеров 120―140 мм;

3. среднесортовые с валками диаметром 350―500 мм для прокатки среднесортовой стали (квадратной и круглой 40―80 мм), балок и швеллеров высотой до 120 мм;

4. мелкосортные с валками диаметром 250―350 мм для прокатки мелких сортовых профилей (квадратной и круглой 8―40 мм), угловых профилей 2020 до 5050 мм;

5. проволочные станы с валками диаметром 250―300 мм для прокатки проволоки (катанки) диаметром 5―9 мм;

6. полосовые (штрипсовые) станы с валками диаметром 300―400 мм для прокатки полос шириной 65―500 мм и толщиной 1,5―10 мм;

7. толстолистовые станы для прокатки листов толщиной 4―60 мм;

8. тонколистовые горячей и холодной прокатки для листов толщиной 0,2―4 мм и шириной 500―2500 мм;

9. универсальные станы для прокатки универсальных полос шириной 200―1500 мм;

10. трубные станы для производства бесшовных и сварных труб;

11. станы специального назначения – колесо- и бандажепрокатные, шаропрокатные и т. д.

Как видно из приведенной классификации, основной характеристикой сортовых станов является диаметр рабочих или шестеренных валков. Если в стане имеется несколько клетей, то характеристикой всего стана является диаметр валков чистовой клети. Например, проволочный стан 250 означает, что диаметр рабочих или шестеренных валков чистовой клети равен 250 мм.

По числу и расположению валков в рабочих клетях станы различают :

дуо-станы – (двухвалковые) с двумя валками в каждой клети расположенные горизонтально один над другим в вертикальной плоскости.

Станы дуо могут иметь постоянное направление вращения валков (нереверсивные) и переменное (реверсивное). В последнем случае валки периодически изменяют направление вращения и слиток или полоса проходит между валками вперед и назад несколько раз; оба валка обычно являются приводными. Большее распространение получили реверсивные дуо-станы: блюминги, слябинги, толстолистовые и др.

Трио-станы, у которых три валка расположены горизонтально один над другим в одной вертикальной плоскости. Полоса прокатывается сначала между нижним и средним валками, а затем специальным приспособлением (подъемно-качающимися столами) поднимается на уровень разъема среднего и верхнего валков и при обратном ходе прокатывается между средним и верхним валками. На трио-станах прокатываются сортовой металл и листы. Листовые трио-станы имеют средний не приводной валок несколько меньшего диаметра, чем верхний и нижний, а на сортовых - все валки одинакового диаметра.

кварто-станы имеют четыре валка, вертикально расположенных один над другим, два валка меньшего диаметра (средние) – рабочие, а большие (верхний и нижний) – опорные. Опорные валки воспринимают давление при прокатке и уменьшают прогиб рабочих валков. Станы кварто бывают реверсивные и нереверсивные. Они предназначены для прокатки листов и полос.

многовалковые станы бывают шестивалковые, двенадцативалковые, двадцативалковые и др. Эти станы имеют два рабочих валка малого диаметра, а остальные - опорные. В виду малого прогиба рабочих валков эти станы применяют для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах.

универсальные станы, которые имеют в одной рабочей клети вертикальные и горизонтальные валки. На этих станах металл обжимается по ширине и высоте. Универсальные станы применяют для прокатки полос называемых универсальной сталью.

По числу и расположению рабочих клетей прокатные станы разделяют наодноклетевые и многоклетевые . Простейшим типом является одноклетевой стан. К ним относятся блюминги, слябинги, толстолистовые дуо- и трио-станы, универсальные станы.

Многоклетевые станы имеют две и более рабочие клети. Расположение клетей может быть: линейным, последовательным и непрерывным . У этих станов каждая рабочая клеть или группа из 2―4 клетей имеет линию привода валков.

Линейными станами с расположением рабочих клетей в одну линию являются рельсобалочные и крупносортные станы.

Наиболее распространенным типом современных многоклетевых станов являются непрерывные станы , у которых число рабочих клетей равно требуемому числу проходов; прокатка ведется по принципу – в каждой клети один проход. Клети расположены последовательно одна за другой так, что полоса одновременно находится в двух и более клетях. Скорость прокатки в каждой рабочей клети по мере уменьшения сечения прокатываемой полосы увеличивается, что достигается изменением числа оборотов валков при индивидуальном приводе валков каждой рабочей клети, либо изменением передаточного отношения и числа оборотов валков и диаметра рабочих валков при групповом приводе.

Непрерывные станы применяются в качестве заготовочных, сортовых, проволочных, штрипсовых (полосовых), листовых для холодной и горячей прокатки. Скорость прокатки на этих станах достигает 30―35 м/сек и более, благодаря чему непрерывные станы имеют высокую производительность.

Прокаткой называют вид обработки давлением, при котором металл пластически деформируется вращающимися гладкими или имеющими нужные канавки (ручьи) валками. Взаимное расположение валков и заготовки, форма и число валков могут быть различными. При этом получают прокат - готовые изделия или заготовки для последующей обработки ковкой, штамповкой, прессованием, волочением или резанием.

Прокатке подвергается 75. . .80 % выплавленной стали. Прокатка (рис. 1) бывает продольной (а), поперечной (б), поперечно-винтовой (в). Слитки сначала поступают на мощные обжимные станы продольной прокатки: прямоугольные - на слябинги - для получения слябов - прямоугольных заготовок, квадратные - на блюминги для получения блюмов - балок квадратного сечения со стороной от 450 до 150 мм.

Рис. 1. : а - продольная; б - поперечная; в - поперечно-винтовая

Слябы поступают на листовые станы продольной прокатки, имеющие гладкие валки. Горячекатаная толстолистовая сталь имеет толщину от 4 до 160 мм с допуском 16-18-го квалитета. Для тонколистовой стали характерен интервал толщин 4. . . 0,2 мм. Листы толщиной менее 0,2 мм называются фольгой Холоднокатаная сталь толщиной 5. . . 0,2 мм (допуск по 12-15-му квалитетам) имеет низкую шероховатость поверхности (Ra = l,6. . . 0,2 мкм).

Блюмы поступают на заготовочные станы, производящие заготовку - квадрат со скругленными углами, идущий на сортовой горячекатаный прокат (рис 2) простой формы: квадратный (а) со стороной до 200 мм, круглый (б) диаметром до 250 мм, полосовой (в) прямоугольного сечения размерами до 200 х 60 мм, шестигранный (г) и др. - и фасонный: угольники (д), тавры (е), двутавры (ж), швеллеры (з), рельсы (и) и др. Точность поперечного размера сортового горячекатаного проката соответствует 13-17-му квалитету.

Рис. 2. : а - квадратный; б - круглый; в - полосовой; г - шестигранный; д - угольник; е - тавр; ж - двутавр; з - швеллер; и - рельс

Периодический прокат (рис. 3, а) имеет переменную по длине площадь поперечного сечения и является заготовкой для массового и крупносерийного производства.

Специальный прокат , так же как и периодический, предназначен для изготовления конкретной детали, например колеса железнодорожного транспорта (рис. 3, б).

Рис. 3. : а - периодическая; б - специальная

Круглые слитки поступают на прошивные станы продольновинтовой прокатки (рис. 4, а), где в заготовке 2 при обжатии ее в валках 1 вскрывается полость, выглаживаемая пробкой 3. Между основными валками заготовка удерживается с помощью поддерживающих валков 4. В результате получается бесшовная гильза, которая затем на автоматических (рис. 4, б) или на пилигримовых станах (рис. 4, в) прокатывается в бесшовные трубы.

Рис. 4.

1. Основное оборудование прокатного производства

Основное оборудование прокатного производства - это прокатные станы и валки. Прокатным станом называется технологический комплекс последовательно расположенных машин и агрегатов, предназначенных для пластической деформации металла в валках (собственно прокатки), дальнейшей его обработки, отделки (правки, обрезки кромок, резки на мерные изделия и пр) и транспортировки.

Рис. 5.

Прокатные валки (рис. 5) являются основной частью прокатного стана: они обжимают металл 1 и придают ему требуемую форму. Прокатный валок состоит из бочки 4 (гладкой или с ручьями), шеек 3, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипник валка, трефов 2, предназначенных для соединения валка со шпинделем. Концы валков могут быть плоскими или цилиндрическими (со шлицами или шпоночными канавками)

Валки изготовляют из отбеленного чугуна или легированной стали (хромоникелевой и хромомолибденовой) и тщательно шлифуют; стальные валки калят. Валки имеют твердость от 150 до 800 НВ по Бринеллю. Стальные валки бывают литые или кованые. Кованые валки прочнее литых Применяют предварительно напряженные составные валки В настоящее время появились твердосплавные валки небольших размеров (например, из сплавов ВК6, ВК8 и др.). Валки бывают диаметром от 3 до 1500 мм имеют длину бочки до 5000 мм.

Шейки прокатных валков вращаются во вкладышах из текстолита, пластифицированной древесины подшипников скольжения или в роликовых подшипниках качения, устанавливаемых в подушках клетей. Текстолитовые вкладыши смазывают и охлаждают водой.

Устройства, обеспечивающие деформацию металла в валках, называют основным оборудованием, а оборудование для остальных технологических операций - вспомогательным оборудованием.

К основному оборудованию относятся:

• рабочая клеть и ее узлы и детали (валки, подшипники, нажимное и уравновешивающее устройство, установочные устройства валков в осевом направлении, валковая арматура и пр.) . Определяющими характеристиками рабочей клети являются диаметр и длина бочки прокатных валков;
• электродвигатель прокатного стана;
• передаточные механизмы, обеспечивающие передачу вращения от двигателя к рабочим валкам (шпиндели, главные и коренные муфты, редукторы, маховики, шестеренная клеть)

Кинематическая схема прокатного стана представлена на рис. 6. В рабочей клети между валками 1, расположенными в подушках с подшипниками, прокатывается заготовка 2 Вращательное движение валкам передается от главного электродвигателя 8 через редуктор 7 с маховиками 6, муфты 5, шестеренную клеть 4 и шпиндели 3

Рис. 6.

Рис. 7. : а - дуо; б - трио сортовые; в - трио листовые; г - кварто листовые; д - кварто для прокатки рулонов; е - многовалковая (шестивалковая); ж - многовалковая (двадцативалковая); з - универсальная; и - специальная

В зависимости от конструкции и расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на шесть групп: дуо, трио, кварто, многовалковые, универсальные и специальной конструкции. Клети дуо (двухвалковые) бывают реверсивные (прокатка ведется в обе стороны) и нереверсивные (в одну сторону) (рис. 7) .

Клети трио (трехвалковые) чаще всего нереверсивные. Прокатка на таких станах ведется вперед между нижним и средним валками и назад - между верхним и средним.

Клети кварто (четырехвалковые) имеют четыре валка (рис. 8), расположенных друг над другом, из них два рабочих валка меньшего диаметра и два опорных - большего диаметра.

Многовалковые клети имеют пять и более валков.

Рис. 8. : 1 - привод подающей моталки; 2 - прокатываемая лента; 3 - электродвигатель привода валков; 4 - редуктор; 5 - шпиндели; 6 - поддерживающие валки; 7 - рабочие валки; 8 - барабан приемной моталки

Рис. 9. Непрерывный рельсобалочный стан на заводе «Аншан» (КНР)

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные станы подразделяются на одноклетьевые, линейные, последовательные, полунепрерывные и непрерывные (рис. 9). Непрерывные станы являются наиболее совершенными. Благодаря автоматизации скорость прокатки может достигать 60 м/с.

Рабочая клеть является основным узлом прокатного стана. В клети осуществляется прокатка металла. Она состоит (рис 10) из двух станин 5 с приливами (лапами) 2, плитовин 1, на которые опираются станины, установочных труб 9, соединяющих станины, крышки 3, прокатных валков 10, подушек нижнего 7, среднего 6 и верхнего 4 валков и подшипников для них, механизма 8 для установки валков в вертикальной плоскости и в осевом направлении и устройства 11 для уравновешивания нижнего валка. Кроме этого есть валковая арматура (линейки, проводки, пропуски и пр.), устройства для смазки, охлаждения или нагрева валков.

В опорах (подушках) находятся вкладыши скольжения или подшипники качения для шеек валков. Станины изготовляют двух типов - закрытые и открытые (с крышкой). Закрытые станины лучше обеспечивают точность прокатываемого профиля, но у такого стана затруднена замена валков Но есть конструкции открытых станин с клиновым креплением крышки (рис 1 61), имеющие высокую надежность и по жесткости приближающие открытую станину к станинам закрытого типа.

Рис. 10.

Рис. 11.

Помимо прокатных клетей с горизонтально расположенными валками, широкое применение находят клети, в которых одновременно имеются горизонтальные и вертикальные валки для обжатия проката со всех сторон без кантования.

Для прокатных станов применяют двигатели постоянного или переменного тока (асинхронные и синхронные). Поскольку число оборотов быстроходных двигателей обычно не соответствует числу оборотов валков в прокатных клетях, между двигателями и клетями устанавливают редукторы. В прокатных клетях вращающий момент двигателя необходимо распределить между несколькими валками. Для этого применяют шестеренные клети. Крутящий момент от двигателя к валкам передается при помощи шпинделей и муфт.

2. Вспомогательное и транспортное оборудование прокатных станов

Прокатанный на стане металл подвергают отделке: обрезают концы, разрезают на куски требуемой длины, правят, свертывают катанку в бунты, сматывают широкополосную сталь в рулоны и т. п. Операции отделки проката механизированы: их производят вспомогательные машины и механизмы К ним относят ножницы стационарные и летучие, дисковые пилы, правильные прессы, моталки, холодильники и т д.

Прокатываемые полосы необходимо перемещать от одного устройства к другому Для этого предусмотрено специальное транспортное оборудование: пластинчатые, роликовые и скребковые конвейеры, рольганги, транспортеры, манипуляторы, толкатели, выталкиватели и сталкиватели.

Валки прокатных станов своими шейками опираются на вкладыши из пластмасс или древесных пластиков или подшипники качения, как правило, четырехрядные, устанавливаемые в подушках прокатных клетей.

Подшипники закрытого типа или жидкостного трения обеспечивают точную настройку стана и относительно низкий расход энергии и практически не подвергаются износу Жидкостное трение в таких подшипниках даже при высоких удельных давлениях в шейке (до 25 МН/м 2 и выше) обеспечивается тщательной обработкой трущихся деталей и хорошей герметизацией Масло в подшипник нагнетается под давлением 0,1. . . 0,15 МПа, обеспечивая коэффициент трения 0,001. . .0,008, как и у подшипников качения.

Для изменения и фиксации положения валков в вертикальном и осевом направлениях и удержания их в нужном положении применяют различные механизмы:

• нажимные устройства для верхнего, среднего, нижнего и вертикальных валков;
• уравновешивающие устройства для верхних и средних валков;
• устройства для осевой установки.

В горизонтальных клетях зазор между валками устанавливается перемещением верхнего валка, а в клетях с вертикальными валками - их одновременным перемещением.

На различных станах применяются различного вида нажимное и уравновешивающее устройства. Нажимные устройства состоят из нажимной гайки и нажимного винта. В целом конструкция нажимного устройства определяется такими параметрами, как скорость, величина и число перемещений в час. Так, скорость перемещения валка у разных станов бывает от 0,05 до 250 мм/с, а число перемещений в час - до 700.

Нажимные устройства изготовляют следующих типов:

• с ручным приводом нажимного винта или клиновое;
• с приводом от электродвигателя с цилиндрическим редуктором.

Уравновешивающее устройство обеспечивает при холостом ходе постоянное прижатие верхней подушки к нажимному винту, исключает зазор винта в гайке и тем самым устраняет возможный удар (снизу вверх) в момент захвата металла валками.

У клетей с ручным нажимным устройством при малых перемещениях уравновешивание верхнего валка выполняется тягами с пружинами, опирающимися на верхнюю поперечину При значительных перемещениях валка применяют грузовое или гидравлическое устройство.

Устройства осевой установки валков на станах позволяют перемещать и фиксировать валки не только в вертикальной плоскости, но и в направлении оси валка. Осевую регулировку осуществляют перемещением с помощью болтов кассеты с вкладышем (рис. 12). Сами подушки в данном случае фиксируются в проеме станины припорными планками, прикрепленными болтами к станине.

Рис. 12. : 1 - подушка; 2 - болт; 3 - кассета; 4 - валок; 5 - вкладыш

На сортовых станах валки в осевом направлении регулируют, перемещая подушки поджатием боковых болтов, которые проходят через станину и фланцы подушек или через планки, опирающиеся одним концом в подушку, а другим в станину Существуют и другие способы перемещения и фиксирования валков в осевом направлении.

Валковая арматура - это все виды устройств и приспособлений, которые необходимы для направления и удержания в нужном положении прокатываемой полосы как при подаче к валкам, так и при выходе из валков:

• вводная арматура, обеспечивающая правильную подачу (линейки, воронки, коробки, пропуски и пр.);
• выводная арматура, обеспечивающая правильный выход полосы из валков (линейки, проводки);
• передаточные устройства, обеспечивающие передачу полосы от одной клети к другой, с кантовкой или без (различные трубки, геликоидальные проводки, кантующие ролики), обводная арматура, которая обеспечивает автоматическую передачу полосы из калибра в калибр как в одной клети, так и из одной клети в другую

К валковой арматуре, устанавливаемой с передней стороны клети, относятся, в частности, направляющие вводные линейки, которые являются неподвижным продолжением буртов калибра Вводные линейки обеспечивают направленную подачу полосы в валки.

При прокатке, например, овала в круглом калибре полосу приходится непрерывно удерживать от сваливания и скручивания Линейки при этом имеют соответствующий профиль, причем их очень тщательно устанавливают по калибру в приемной коробке Такие профилированные линейки называют пропусками. В данном случае наблюдаются особо тяжелые условия службы направляющей арматуры, так как пропуски в процессе работы соприкасаются с горячим металлом и испытывают высокие скорости скольжения. Все это приводит к интенсивному износу рабочих поверхностей пропусков.

Линейки заменяют роликовыми пропусками, что вызывает не трение скольжения, а трение качения. На рис. 13 приводится конструкция коробки с роликовыми пропусками, применяемыми при прокатке круга.

Вследствие неодинаковости диаметров рабочих валков и их окружных скоростей (число их оборотов равно) прокатываемая полоса по выходе из валков изгибается в сторону валка меньшего диаметра. Для предотвращения этого служит выводная арматура.

Рис. 13.

Для того чтобы полоса при выходе металла из валков не загибалась в вертикальной или горизонтальной плоскости и не закручивалась вокруг своей оси, на проводковых брусьях устанавливают, как и с передней стороны, линейки, а также нижнюю и, где необходимо, верхнюю проводки.

Кантовка полос после выхода из одной клети перед подачей в следующую выполняется автоматически кантующими проводками Для снижения нагрузок проводки заменяют кантующими валками

3. Шестеренные клети и редукторы

В тех случаях, когда каждый прокатный валок приводится во вращение индивидуальным двигателем (современные блюминги, слябинги и толстолистовые станы кварто), не требуется никаких зубчатых передач. Все остальные прокатные станы должны иметь зубчатые передачи в шестеренных клетях и редукторах.

Шестеренная клеть состоит из главных шестерен, станины, подшипников для главных шестерен (подушки, залитые баббитом, подшипники качения) и системы сопел и трубопроводов, обеспечивающих подачу обильной смазки трущимся деталям.

Главные шестерни имеют зубчатый венец, шейки (цапфы) и трефы, изготовленные как одно целое из стали 40, 45 или 40Х с поверхностной закалкой зубьев. Шестерни работают при больших нагрузках (часто динамических) и высоких скоростях. Число зубьев принимается от z = 18 до z = 29, нарезка шевронная.

Станина шестеренной клети представляет собой цельную или состоящую из двух половин коробку, отлитую из модифицированного чугуна или стали. В процессе работы шестеренных клетей особое внимание уделяется непрерывной подаче достаточного количества смазки на зубья и шейки главных шестерен под давлением 0,2. . . 0,5 МПа.

Редукторы между шестеренной клетью и электродвигателем применяют в том случае, если их установка и затраты на эксплуатацию оправдывают разницу в стоимости и эксплуатационных расходах тихоходного и быстроходного двигателей В зависимости от передаточного числа редукторы, используемые в прокатных станах, бывают одно-, двух-, а иногда и трехступенчатыми.

Соединительные устройства, передающие крутящий момент от двигателя через редуктор и шестеренную клеть к валкам, представлены муфтами и шпинделями различной конструкции.

Ведущая шестерня шестеренной клети соединяется с ведомым валом редуктора или с валом двигателя (если редуктор отсутствует) посредством муфты, которую обычно называют главной. Наибольшее распространение получили зубчатые, а также эластичные или упругие муфты.

Валки двух соседних клетей линейного стана, а также главные шестерни и рабочие валки в условиях незначительного их перемещения в вертикальной плоскости соединяются между собой муфтами и шпинделями трефового типа, что допускает возможность работы шпинделя с некоторым перекосом (1. . . 2°) . При значительных перемещениях валков в вертикальной плоскости, когда ось шпинделя составляет значительный угол с горизонтальной плоскостью, для привода валков используют шарнирные шпиндели с подшипниками качения, устроенные по принципу шарнира Гука, которые могут передавать крутящий момент прокатки валкам от шестеренной клети при перекосе шпинделей до 10 12°

Поскольку шпиндели при длине в десятки метров имеют значительный вес, их уравновешивают с помощью грузов или пружин.

4. Вспомогательное оборудование прокатного производства

Помимо пластической деформации металла, в прокатных цехах выполняются транспортировка, резка, правка, отделка проката и т п Все эти операции - функции вспомогательного оборудования.

Металл при обработке перемещается вдоль и поперек стана, поднимается и опускается, поворачивается вокруг горизонтальной и вертикальной осей слитка или полосы и т. п. Во многих случаях одновременно с транспортировкой проката производится охлаждение, разрезка, правка, травление, смазка и пр.

Среди наиболее распространенных транспортных средств - слитковозы и различного вида тележки, обеспечивающие подачу слитков и заготовок от нагревательных средств к стану Слитковозу придается люлька-опрокидыватель, которая при подходе к рольгангу опускает слиток на его первые приемные ролики.

Рольганги являются основным транспортным средством прокатных цехов и используются для продольного и некоторого поперечного перемещения металла Рольганги бывают диаметром от 150 до 600 мм, приводные с отдельным или групповым двигателем, неприводные Расстояние между роликами зависит от длины и толщины слитка.

Применяют сплошные кованые ролики, пустотелые из стального литья или труб, а также из чугуна.

Чтобы правильно направить полосу в калибр и выполнить правку изогнутой полосы, устанавливают манипуляторы (рис. 14), а для поворота вокруг горизонтальной оси - кантователи.

Рис. 14. : 1 - гидроцилиндр привода; 2 - заготовка; 3 - левая и правая линейки

Для поворота полосы вокруг своей оси на обжимных станах применяют крюковые кантователи (рис. 15). Кантовка выполняется подъемом одной стороны полосы крюками, которые в количестве 3-4 штук располагаются на одной из линеек манипулятора.

Рис. 15. : 1 - ролик рольганга; 2 - кантуемая полоса; 3 - крюк кантователя; 4 - тяга; 5 - линейка манипулятора; 6 - рычаг опрокидывателя

Существуют различные конструкции кантователей: роликовые, кантующие валки и геликоидальные проводки, кантующие втулки, пластинчатые кантователи, рычажные кантователи.

На станах трио возникает необходимость поднимать полосу для подачи ее между верхним и средним валками. Наибольшее распространение для этой цели получили подъемно-качающиеся столы. В случае проблем при захвате полосы валками удобны подъемнопараллельные столы, так как они обеспечивает подачу полосы перпендикулярно плоскости осей валков. Если подъемные столы устанавливают с обеих сторон рабочей клети, то они имеют механическую связь (блокировку) для синхронизации работы.

Помимо рассмотренных транспортных устройств, в прокатных цехах находят применение мостовые и другого типа краны, поворотные механизмы, толкатели и выталкиватели, шлепперы, обеспечивающие перемещение полос параллельно их оси, холодильники.

По окончании прокатки, а иногда на промежуточной стадии обработки полосы режут на куски, удаляют передний и задний концы, обрезают боковые кромки листа и пр. Для этой цели используются ножницы и пилы различных конструкций. Схемы простейших ножниц показаны на рис. 16.

Ножницы с параллельными ножами (рис. 16, а) применяют обычно для разрезания в горячем состоянии блюмов, слябов, заготовок, а также в холодном состоянии - мелких профилей.

У ножниц с наклонными ножами (рис. 16, б) чаще всего нижний нож горизонтальный, а верхний располагается под некоторым углом (обычно 2. . . 6°, но не более 12°) к нижнему. По конструкции ножницы различаются в зависимости от направления перемещения режущего ножа и бывают с верхним подвижным ножом, с нижним подвижным ножом и с движением ножей в горизонтальной плоскости.

Рис. 16. : а - с параллельными ножами; б - с наклонным ножом; в - дисковые

Дисковые ножницы (рис. 16, в) используются главным образом для продольной резки листов и лент.

Рис. 17. Схема летучих ножниц Эдвардса (а) и маятниковых (б)

Летучие ножницы применяются для разрезания металла на ходу Их устанавливают непосредственно за чистовой клетью стана или отдельно как самостоятельный агрегат. Существует несколько типов летучих ножниц, которые определяются назначением, конструкцией и характером движения ножей Для резки заготовок сечением до 100 х 100 мм применяют рычажно-качающиеся ножницы Эдвардса (рис. 17, а), а для более крупного сечения - маятниковые (рис. 17, б). Ножницы Эдвардса обеспечивают резку заготовок при скорости движения полосы до 4,5 м/с.

Рис. 18. : 1 - корпус; 2 - ножи; 3 - пружина; 4 - ролики включения; 5 - ось шарнира рычагов ножей; 6 - заготовка

Для разрезания сортового металла сечением до 30 х 30 мм применяют одноосные вращающиеся ножницы (рис. 18), а также дисковые летучие ножницы.

Пилы горячей резки используются для разрезания фасонных профилей, а также труб, причем у трубосварочных станов находят применение летучие пилы Для горячей резки сортового металла на дисках пил нарезают зубья, отделяющие стружку Диаметр дисков до 2000 мм, толщина - 6. . .10 мм. Окружная скорость дисков пил горячей резки достигает 100. . .120 м/с. В качестве материала диска часто применяют обычную малоуглеродистую сталь, зубья термически обрабатывают. Наибольшее распространение получили салазковые пилы, существуют маятниковые и рычажные.

По окончании прокатки во многих случаях требуется правка металла. В отдельных случаях эта операция выполняется в горячем состоянии, но обычно правке подвергается холодный прокат Для правки проката применяют кривошипные прессы, роликоправильные и сортоправильные машины, растяжные правильные машины.

Когда прокатный продукт достигает значительной длины (мелкосортные профили, проволока, лист, лента и пр), его сматывают в бунты и рулоны.

По конструкции моталки делятся на три основные группы:

• барабанного типа (см. рис. 8);
• роликовые;
• роликобарабанные

Инструментом для прокатки являются валки.

Прокатные валки (рис. 3.5) состоят из рабочей части или бочки 1 , опорных частей или шеек 2 и соединительной части 3 .

Прокатка листов и лент производится на валках с гладкой бочкой, имеющей цилиндрическую, слегка выпуклую или вогнутую поверхность (3.5, а ).

Сортовую прокатку производят в калиброванных валках, на бочке которых вытачивают вырезы 4 (3.5, б ). Вырез , сделанный на одном валке, называют ручьем.

Вырезы двух валков и зазор между ними образуют калибр.

Калибр может быть открытым (13.5, б ) или закрытым (13.5, в ).

Валки изготавливают из чугуна, литой и кованой углеродистой и легированной стали и твердых сплавов. Число валков, диаметр и длина бочки рабочего валка являются основными параметрами прокатного стана.

Рис. 13.5. Прокатные валки: а - с гладкой бочкой; б - ручьевые с открытым калибром; в - ручьевые с закрытым калибром; 1 - рабочая часть (бочка); 2 - опорная часть (шейка); 3 - соединительная часть; 4 - ручей верхнего валка; 5 - ручей нижнего валка; 6 – калибр.

Прокатка производится на прокатных станах. Прокатный стан (рис. 13.6 ) состоит из рабочей клети, соединительных шпинделей, шестеренной клети, муфт, редуктора, маховика, двигателя.

Рис. 3.6. Прокатный стан: 1- рабочая клеть; 2 - соединительные шпиндели; 3 – шестеренная клеть; 4, 7 – муфты; 5 – редуктор; 6 – маховик; 8 – двигатель; P – усилие прокатки.

Прессование.

Прессование - выдавливание металла из замкнутой полости через отверстие в инструменте. Основные методы:

1.прямой;

2.обратный .

Припрямом прессовании (3.7, а ) металл заготовки 3 выдавливается пуансоном 2 и пресс-шайбой 5 через отверстие матрицы 4 . При получении полого профиля прямым прессованием (3.7, б ) металл выдавливается через зазор, образованный отверстием в матрице и иглой 6 .

Приобратном прессовании усилие пресса передается через пуансон (13.7, в ) на матрицу. Матрица перемещается относительно стенок контейнера. Металл заготовки выдавливается через отверстие матрицы, образуя изделие 7 . Аналогично осуществляется обратное прессование полого профиля.

Рис. 3.7. Схемы прессования: а - прямое прессование сплошного профиля; б - прямое прессование полого профиля; в - обратное прессование сплошного профиля; 1 - контейнер; 2 - пуансон; 3 - заготовка; 4 - матрица; 5 - пресс-шайба; 6- игла; 7 - прессованное изделие; P – усилие прессования.

Припрямом прессовании направление движения пуансона и выдавливаемого металла совпадают. Отличительной особенностью прямого метода прессования является перемещение металла заготовки относительно стенок контейнера 1 . Благодаря трению о стенки контейнера центральные слои металла опережают внешние. Это явление еще больше усиливается при охлаждении внешних слоев стенками контейнера. На некотором этапе прессования по центру со стороны пуансона (пресс-шайбы) образуется воронка, через которую в центральную часть изделия втягиваются поверхностные загрязненные окислами и смазкой слои, образуя так называемую пресс-утяжину. Наличие пресс-утяжины в изделии недопустимо. Поэтому прессование на этой стадии прекращают, годное изделие отделяют, а оставшийся в контейнере металл (пресс-остаток) направляется в переплавку.

Приобратном прессовании направление движения выдавливаемого металла и пуансона противоположны. Относительное перемещение металла заготовки и стенок контейнера, следовательно, контактное трение между металлом и стенками контейнера практически отсутствует.

При обратном прессовании течение металла более равномерно, чем при прямом, из-за сокращения потерь на трение усилие меньше прессования уменьшается на 25…30%, уменьшается величина пресс-остатка, но конструктивное оформление рабочего инструмента (матрицы, пуансона) при обратном прессовании сложнее, чем при прямом.

Продукция . Прессованием получают:

1. прутки диаметром 3…250 мм,

2.проволоку диаметром 1…6 мм,

3.трубы диаметром 20...600 мм с толщиной стенки 1,0…1,5 мм и более,

4.сплошные и полые профили .

Сплавы . Прессованию подвергают цинк, олово, свинец, алюминий и алюминиевые сплавы, магний и магниевые сплавы, медь и медные сплавы, никель и никелевые сплавы, углеродистые и легированные стали, титан и титановые сплавы.

Оборудование. При прессовании наибольшее распространение получили специализированные гидравлические горизонтальные и вертикальные прессы. Вертикальные прессы с номинальным усилием до 30 МН применяют, главным образом, при производстве труб, горизонтальные прессы изготавливают с номинальным усилием до 100 МН.

Инструмент. К прессовым инструментам относятся: игла, матрица, контейнер, пресс-шайба (в порядке повышения температуры при эксплуатации). Температура заготовки на поверхности контакта с инструментом при прессовании легких сплавов достигает 500°С, меди и медных сплавов - 900°С, сталей, никеля и титана - 1250°С.

Для изготовления инструмента применяют жаропрочные штамповые стали типа 3Х2В8, 4ХВС, 5ХВС и др . Для увеличения стойкости матриц иногда применяют вставки из твердых сплавов. Большое влияние на силу прессования и стойкость матриц оказывает профиль рабочей части матрицы. Обычно применяют конические матрицы с оптимальным для данных условий углом наклона.

Прессование, как правило, производится в условиях горячей деформации.

Исходной заготовкой обычно служит слиток цилиндрической формы или многогранник, полученный непрерывным литьем, реже применяется катаная заготовка.

Перед прессованием рабочие части инструмента покрываются технологической смазкой . Применяют также плакирование (покрытие) заготовок пластичными металлами.

Преимущества прессования:

1.Возможность получения сплошных и полых профилей сложного сечения , которые не могут быть получены другими методами.

2.Переналадка пресса на новый профиль производится значительно быстрее , чем при прокатке, точность размеров профиля при прессовании выше, шероховатость поверхности меньше.

3.Возможность получения тонкостенных бесшовных труб большого диаметра с малой разностенностью.

4.Возможность обработки давлением металлов и сплавов с пониженной пластичностью (высокопрочные алюминиевые сплавы, бронзы, жаропрочные стали и сплавы и др.).

5. Возможность высоких степеней деформации (92 % по сечению и более), что обеспечивает высокие механические свойства, в том числе вибропрочность и сопротивление усталости.

Недостатки прессования:

1.Значительный износ инструмента , матриц и особенно игл, из-за больших контактных напряжений и температур, особенно при прессовании никелевых сплавов, сталей и жаропрочных сталей и сплавов

2.Высокая стоимость инструмента.

3.Неравномерность механических свойств по длине прессованного изделия из-за неравномерности течения металла.

4. Большие технологические отходы , особенно при прессовании труб большого диаметра.(при прямом методе 12…15 %, при обратном – 5…6 % от массы заготовки).

Волочение.

Волочение - процесс протягивания обрабатываемой заготовки через постепенно суживающееся отверстие инструмента (волоки).

При волочении площадь поперечного сечения уменьшается, приобретая постоянное сечение по всей длине. Приложение растягивающего усилия уменьшает пластичность и ограничивает величину деформации за одну протяжку.

Рис. 3.8. Схемы волочения:

а – волочение проволоки, прутка, сплошного профиля;

б – волочение трубы на оправке;

1- заготовка; 2 – волока; 3 – оправка; 4 – обойма (бандаж); P – усилие волочения.

Продукция . Волочением получают:

1.проволоку (13.8, а ) диаметром от 6 до 0,008 мм;

2.сплошные и полые профили ;

3.трубы (13.8, б ) с наружным диаметром 1…360 мм и толщиной стенки 10...0,1 мм, имеющие точные по размерам сечения и низкую шероховатость поверхности.

Заготовку для волочения получают прокаткой или прессованием; заготовка должна иметь форму сечения, подобную форме сечения готового изделия.

Исходные материалы для волочения :

1. проволоки - проволока-катанка и прессованная проволока диаметром 5…9 мм;

2. прутков и профилей - сортовой прокат и прессованные профили диаметром 5…150 мм;

3. труб - трубы сварные диаметром 6…200 мм, бесшовные катаные диаметром 40…200 мм и прессованные диаметром 20…400 мм.

Волочение производят, как правило, в условиях холодной деформации . Волочение проволоки из вольфрама, молибдена, нихрома и цинка производят в горячем состоянии .

Особое внимание уделяется повышению пластичности исходной заготовки и снижению усилия волочения. Это достигается применением термообработки (отжига) для снятия упрочнения, высоким качеством поверхности заготовки, применением высокоэффективных смазочных материалов, оптимальным профилем и малой шероховатостью поверхности рабочих участков инструмента.

Оборудование. Волочильные станы:

1. прерывистого типа – цепные;

2. непрерывного типа – барабанные.

Инструмент . Волока из твердого сплава и алмаза (волочение тонкой проволоки).

Сплавы .

Преимущества волочения:

Классификация прокатных станов

Прокатным станом называется комплекс машин и агрегатов, предназначенных для осуществления пластической деформации металла в валках (прокатки), дальнейшей его переработки (правки, резки и пр.) и транспортирования.

В дальнейшем прокатным станом будем называть оборудование, предназначенное только для деформирования металла.

Прокатные станы обычно классифицируют по трем основным признакам:

• назначению или виду выпускаемой продукции;
• расположению валков в рабочей клети;
• расположению рабочих клетей.

В зависимости от назначения прокатные станы делятся на следующие группы.

Станы горячей прокатки, к которым относят обжимные, заготовочные, рельсобалочные, крупносортные, среднесортные, мелкосортные, проволочные, толстолистовые, среднелистовые, тонколистовые, широкополосные и штрипсовые (выпускающие штрипс-заготовку для труб в виде полосы).

Станы холодной прокатки , включающие листовые, жестепрокатные станы, а также станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты.

Станы специального назначения , в состав которых входят колесопрокатные, бандажепрокатные станы, станы для прокатки полос и профилей переменного и периодического сечения и т. п.

По конструкции и расположению валков рабочей клети прокатные станы можно разделить на шесть групп (рис. 4.10): двухвалковые, трехвалковые, четырехвалковые, многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции.

Рис. 4.10. Рабочие клети с различным расположением валков: а - двухвалковая клеть; 6 - трехвалковая клеть сортовая; в - трехвалковая клеть Лаута листовая; г - клеть четырехвалковая листовая нереверсивная; д - клеть четырехвалковая реверсивная для прокатки полосы в рулонах; е- клеть шестивалковая; ж - клеть двенадцативалковая; з - клеть двадцативалковая для прокатки тонкой полосы; и - универсальная двухвалковая клеть; к - клеть универсальная для прокатки двутавровых балок с широкими параллельными полками

Двухвалковые клети (дуо) (рис. 4.10, а) бывают нереверсивные и реверсивные. Первый вид клети имеет два приводных валка с постоянным направлением вращения. Такие клети реализуются в непрерывных станах, применяемых для прокатки заготовки, проволоки, тонких полос и т. д. В каждой клети этих станов выполняется только по одному пропуску металла в одном направлении. Реверсивные клети имеют два приводных валка с переменным направлением вращения, поэтому прокатываемый металл проходит через валки вперед и назад несколько раз. Недостатком таких клетей является необходимость энергетических затрат на проведение операции реверса, заключающейся в торможении валков, а затем в их разгоне в противоположном направлении. Клети этого типа применяют в блюмингах, слябингах, толстолистовых станах и т. д.

Трехвалковые клети (трио) (рис. 4.10, б) - нереверсивные и могут применяться как для сортовой, так и листовой прокатки. Сортовые клети находят широкое применение, так как на трех валках можно расположить больше калибров, чем на валках двухвалковых клетей. Металл движется в одну сторону между нижним и средним валками и в другую - между средним и верхним.

Листовые трехвалковые клети (клети Лаута) (рис. 4.10, в) применяют для прокатки толстых и средних листов в виде полос длиной 10-20 м. Средний валок является нсприводным и имеет меньший диаметр. При прокатке он прижимается поочередно к верхнему и нижнему валкам и вращается ими за счет сил трения. Оба типа станов снабжаются подьемно-качающимися столами для подачи заготовок между разными парами валков.

В рабочей четырехвалковой клети (кварто) (рис. 4.10, г) валки расположены один над другим: два рабочих валка меньшего диаметра (средние) и два опорных большего диаметра, их назначение воспринимать давление при прокатке и уменьшать прогиб рабочих валков. Станы с такими клетями могут быть реверсивными и нереверсивными. Их используют при прокатке тонких и толстых листов и полос, броневых плит, а также рулонов.

Холодную прокатку рулонов ведут на непрерывных нереверсивных станах. В этом случае перед клетью устанавливают разматыватель рулонов, а позади - моталку, создающую натяжение полосы и наматывающую ее на барабан (рис. 4.10, 0). При холодной и горячей прокатке рулонов на одноклетьевых реверсивных станах моталки устанавливают с обеих сторон клети, и прокатка происходит то в одну, то в другую сторону. Иногда при горячей прокатке моталки устанавливают в печах перед клетью и позади нее.

Шестивалковые клети (секста) (рис. 4.10, е) с двумя рабочими и четырьмя опорными валками ввиду жесткости самой рабочей клети и меньшего прогиба опорных валков служат для холодной прокатки тонких полос и узких лент в рулонах с точными допусками по толщине. Однако преимущества этого типа клетей по сравнению с четырехвалковыми незначительны, а так как их конструкция сложнее, то широкого распространения они не получили.

Двенадцати- и двадцативалковые (рис. 4.10, ж , з ) клети применяются для проката фольги. Благодаря использованию валков очень малого диаметра (10-35 мм) и большой жесткости всей рабочей клети и валковой системы на этих станах успешно осуществляют рулонную прокатку тонкой и тончайшей ленты толщиной 5-100 мкм и шириной 100-1 500 мм с допуском по толщине 1-5 мкм. Рабочие валки таких станов нсприводные, так как имеют слишком малый диаметр; они опираются на приводные валки большего диаметра, а последние, в свою очередь, - на опорные ролики. Эта схема обеспечивает большую прочность всей валковой системы и практически полное отсутствие прогиба рабочих валков.

Клети с горизонтальными и вертикальными валками называются универсальными. Универсальные клети (обычные) применяют главным образом как реверсивные двухвалковые (например, для слябингов) (рис. 4.10, и) или четырехвалковые (например, для толстолистовых станов). На этих клетях обжатие металла осуществляется как горизонтальными, так и вертикальными валками. Вертикальные валки обеспечивают создание ровных и гладких боковых граней листов и слябов. Такие валки располагают, как правило, у одной стороны рабочей клети. В универсальных балочных клетях (рис. 4.10, к), в отличие от обычных, вертикальные валки являются неприводными. Эти станы используют для прокатки высоких двутавровых балок с широкими полками.

Клети специальной конструкции используют в станах узкого назначения: колесопрокатные, бандажепрокатные, кольцепрокатные, шаропрокатные, станы для прокатки профилей переменного и периодического сечения и др.

В зависимости от расположения рабочих клетей прокатные станы делят на пять групп: одноклетьевые, линейные многоклетьевыс, последовательные, полунепрерывные, непрерывные (рис. 4.11).

Одноклетьевые станы (рис. 4.11, а) имеют одну рабочую клеть с линией привода валков, состоящей из шпинделей, шестеренной клети, редуктора, муфт и главного электродвигателя. Одноклетьевые реверсивные станы являются универсальными и удобны для перенастройки с одной программы на другую. Достоинство таких станов - небольшая занимаемая площадь. Недостаток - дополнительный расход энергии и времени на реверсы. К этим станам относят блюминги, слябинги, толстолистовые трех-и четырехвалковые, а также универсальные станы.

Рабочие клети линейных станов (рис. 4.11, 6) расположены в одну, две, три и более линии, причем каждая линия работает от отдельного привода, или несколько линий - от одного электродвигателя. Станы этого типа нереверсивные; их применяют как проволочные, сортовые, рсльсобалоч-ные и толстолистовые.

В последовательных станах (рис. 4.11, в) прокатываемая полоса проходит несколько раз через каждую клеть, поэтому число клетей такого стана равно максимальному числу проходов, необходимых для обжатия заготовки сечением Р 0 в готовый профиль сечением /^1 Для сокращения длины цеха и лучшего использования его площади клети обычно располагают несколькими параллельными рядами. Станы данной группы имеют высокую производительность, поэтому широко применяются для прокатки сортовых профилей.

Рис. 4.11. Схемы расположения и привод рабочих станов: а - одноклетьевого; б - линейного; в - последовательного; г - полунепрерывного; д - непрерывного;

1-13 - рабочие клети

Полунепрерывные станы (рис. 4.11, г) состоят из двух групп клетей: непрерывной и линейной. В одной группе клетей полоса прокатывается непрерывно, т. е. она может находиться одновременно в двух и более клетях. В другой группе прокатка осуществляется по принципу линейных и последовательных станов. Эти станы применяют для прокатки мелкого сорта проволоки и полос.

При прокатке на непрерывном стане (рис. 4.11, д) металл находится одновременно в нескольких клетях, поэтому скорость вращения валков в клетях должна регулироваться и подбираться так, чтобы расход металла в единицу времени в любой клети был постоянным:

F = F 2 v 2 = .. .F„j n = const, (4.43)

где F, F 2 , F n - поперечное сечение металла при выходе из первой, второй и последней клети; х>,о 2 , ..., о„ - скорости полосы на выходе из валков этих клетей. Нереверсивные непрерывные станы являются высокопроизводительными агрегатами, предназначенными для массового проката одной номенклатуры (размера). Непрерывные станы применяют в качестве заготовочных, широкополосных, мелкосортных, проволочных и станов холодной рулонной прокатки листов и жести. Привод валков этих станов может быть групповым или индивидуальным.

Для производства проката в прокатных цехах устанавливают станы различного типа и назначения, которые условно делят на несколько групп.

Заготовочные станы: блюминги, слябинги, непрерывные заготовочные станы. Блюминги и слябинги - это крупные обжимные станы с диаметром валков 800-1 500 мм, в которых прокатку ведут за 11-15 проходов в реверсивном режиме. Как правило, это одноклетьевые станы для производства заготовок больших размеров в виде прямоугольной заготовки (сляба) и квадратной заготовки (блюма). Блюминги бывают одноклетьевые двухвалковые и многоклетьевые, реверсивные и непрерывные. Наибольшее распространение в качестве заготовочных станов для прокатки блюмов и слябов получили одноклетьевые двухвалковые реверсивные блюминги. В зависимости от диаметра валков условно различают большие блюминги (1 100-1 500 мм), средние (900 - 1000 мм), малые блюминги или обжимные станы (800-900 мм). Непрерывные заготовочные станы устанавливаются непосредственно за блюмингом (слябингом) и имеют обычно две непрерывные группы по шесть клетей в каждой.

К станам для производства готового проката относят: сортовые, листовые, трубные и специальные.

К сортовым станам относят крупносортные, рельсобалочные, средне-и мелкосортные. По назначению их делят на две группы: общего назначения, производящие сортовую продукцию широкого сортамента для всех отраслей машиностроения и строительства, и станы специализированные, предназначенные для производства сортового металла сравнительно узкого сортамента, используемого только в отдельных отраслях промышленности.

На крупносортных станах производят прокат с поперечным сечением в виде круга диаметром выше 50 мм, а также равновеликие по площади поперечного сечения квадраты, уголки, швеллеры и другие профили. На среднесортных - профили круглого сечения с диаметром от 30 до 50 мм и другие равновеликие по площади профили. На мелкосортных станах производят прокат, имеющий диаметр от 10 до 30 мм, и другие равновеликие профили. К этим станам могут относить и специализированные проволочные станы, производящие круглый прокат (катанку) диаметром 5,0-8,0 мм.

Крупносортные станы имеют валки чистовой клети диаметром 850-500 мм, среднесортные 500-350 мм, мелкосортные 350-250 мм и проволочные 280-150 мм.

Рельсобалочные станы выпускают кроме основной продукции (рельсов и балок) и другие крупные сортовые профили.

К листовым станам относят станы для прокатки толстолистовой и тонколистовой (рулонной) прокатки. На полосовых или штрипсовых станах производят полосу для трубосварочных агрегатов.

К трубным станам относят прошивные, раскатные станы и станы холодной прокатки труб (ХПТ), а также станы для получения сварных труб. К специальным станам относят станы для прокатки периодических гнутых профилей, шаропрокатные, колесопрокатные и др.

Основным деформирующим инструментом каждого прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях. Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства. Оборудование, приводящее во вращение валки, а также воспринимающее возникающие при пластической деформации металла усилия и крутящие моменты, составляет рабочую линию клети (рис. 4.12).

11 1

Рис. 4.12. Схема главной линии четырехвалковой рабочей клети листопрокатного стана: 1 - рабочая клеть; 2 - универсальные шпиндели; 3 - электродвигатель (главный привод); 4 - шестеренная клеть; 5 - редуктор; 6 - моторная муфта; 7 - коренная муфта; 8 - пружинное уравновешивающее устройство шпинделей; 9 - опорные неприводные валки; /0-рабочие приводные валки; 11-

станина; 12 - плитовина; 13 - анкерный болт

Оборудование, входящее в рабочую линию, делят на три основных группы:

• рабочую клеть 1 с валками 9,10 и станиной 11;
• передаточные механизмы 2, 4-7;
• главный электродвигатель 3.

Рабочая клеть представляет собой две массивные станины, установленные на стальные плиты (плитовины) 12, прикрепленные к фундаменту анкерными болтами. Станина рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной (60-120 т и более). Материал станины - стальное литье. Для сортовых станов применяют предварительно напряжённые рабочие клети, в которых повышение жёсткости достигается не увеличением массы станины, а с помощью специальных стяжных механизмов. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками, а также устройства для перемещения верхнего валка по высоте и его осевой фиксации, направляющие проводки для металла и др.

Передаточные механизмы и устройства в зависимости от назначения и конструкции прокатного стана могут быть различными. На крупных станах (обжимных, толстолистовых), а также на станах, прокатывающих металл с большой скоростью, применяют индивидуальный привод рабочих валков от отдельных электродвигателей: в этом случае передаточным устройством являются универсальные шпиндели, промежуточные валы и муфты. На остальных станах предусмотрен общий привод рабочих валков от шестеренной клети 4, которая представляет собой редуктор, а роль шестерен выполняют шестеренные валки. В этом случае между электродвигателем и рабочей клетью в одну линию расположены моторная муфта 6, шестеренная клеть 4 и универсальные шпиндели.

Шпиндели - это соединительные детали, благодаря которым крутящий момент передается от шестеренной клети прокатным валкам. Концевые части шпинделей (головки) бывают различной формы; наибольшее распространение получили шпиндели с универсальными и трефовыми головками. Если угловая скорость вращения электродвигателя не соответствует скорости вращения валков, то в линии привода валков устанавливают редуктор 5 и коренную зубчатую муфту 7.

Главный электродвигатель прокатного стана имеет воздушное охлаждение, может быть постоянного и переменного тока, синхронным и асинхронным. Двигатели постоянного тока устанавливают на реверсивных станах и станах с широким диапазоном изменения числа оборотов валков, асинхронные двигатели переменного тока применяют, когда работа прокатного стана нс требует изменения числа оборотов валков в широких пределах.

Вспомогательное оборудование прокатных станов служит для подачи металла от нагревательных устройств к приёмному рольгангу стана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования металла (рольганги или транспортёры), перемещения металла вдоль валка для подачи его в калибр (манипуляторы), поворота металла относительно его продольной оси (кантователи), охлаждения металла (холодильники), травления металла (травильные установки), разматывания рулонов (разматыватели), сматывания полосы в рулон или проволоки в бунт (моталки), резки металла (ножницы и пилы), а также для отделки металла: правки (правильные машины и прессы), дрессировки, клеймения, укладки, промасливания, упаковки и т. д.

Автоматика крупных прокатных станов состоит из ряда локальных систем, собранных для управления всем ходом технологического процесса. Автоматизация прокатного производства начинается от подачи исходного материала на склад и со склада и кончая поступлением проката на склад готовой продукции и погрузкой его в вагоны. Каждая система имеет многочисленные и разнообразные приборы-датчики, собирающие и передающие информацию о ходе технологического процесса, в том числе о температуре металла, давлении металла на валки стана, параметрах обрабатываемого материала, в частности о размерах прокатываемого профиля, его положении и характере перемещения. Вся эта информация поступает в вычислительные машины систем, после чего выдаются команды для управления машинами и механизмами прокатного стана, относящимися к дан-

машине, объединяющей отдельные системы, для соответствующей корректировки работы машин и механизмов других участков стана, управляемых остальными системами. Одна из главных задач автоматизации (и экономически наиболее выгодная) - автоматизация регулирования размеров прокатываемого профиля, осуществляемая путём соответствующего автоматического изменения пространства между валками на основании показаний непрерывно действующего измерителя размеров профиля. Благодаря этому резко повышается точность размеров профиля, качество металла, снижаются удельные расходы металла. Особенно большой эффект достигается при производстве тонколистовой продукции.

Основным инструментом для прокатки являются валки, выполняющие основную операцию прокатки, - деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемой формы поперечного сечения. В процессе деформации металла вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при прокатке, и передают это давление на подшипники. Валки прокатных станов делят на две основные группы: листовые и сортовые.

Прокатные валки листопрокатных станов имеют гладкую бочку (рис. 4.13, а), их устанавливают в клети на двух опорах, что является наиболее распространенным типом крепления валков.

Основные части валка:

• бочка - деформирующая часть валка диаметром О и длиной
• шейка - имеет диаметр с1 ш, длину / ш и служит опорным участком для установки валка в подшипниковых узлах;
• концевые участки предназначены для соединения со шпинделями и могут иметь различную конфигурацию в зависимости от конструкции шпинделя (трефы, лопасть или цилиндрическая часть).

Рис. 4.13. Прокатные валки: а - листовые; б - сортовые

Диаметр валка, которому соответствует скорость выхода раската из валков (без учета опережения), называется катающим диаметром. При прокатке металла в листовых валках катающий диаметр принимают по гладкой бочке, а для сортовых валков этот параметр определяют по формулам, включающим размеры валка и калибра. Основным параметром листопрокатного стана является длина бочки валков. Этот размер используют для обозначения марки прокатного стана. Например, марка «широкополосный стан 2500» обозначает, что данный стан имеет длину гладкой бочки 2 500 мм. Это позволит получать на данном стане плоский прокат шириной до 2 500 мм.

Бочку валков, предназначенных для горячей прокатки тонких листов, делают немного вогнутой, чтобы при прокатке горячего металла и большом разогреве средней части валков бочка их стала цилиндрической, и тогда толщина прокатанного листа будет равномерной по всей его ширине. Наоборот, бочку валков для холодной прокатки тонких листов выполняют немного выпуклой: при прокатке, вследствие большего изгиба средней части валков по сравнению с краями, бочка станет цилиндрической.

Сортовые валки (рис. 4.14, 6) служат для прокатки сортового профиля. На поверхности бочки валков есть ручьи, соответствующие профилю проката. Ручьи двух или более валков образуют калибры, поэтому валки еще называют калиброванными. Основным параметром сортового валка является его диаметр, входящий в обозначение прокатного стана. Например, стан марки «блюминг 250» предназначен для сортовой прокатки и имеет диаметр бочки валка 250 мм.

Валок (рис. 4.13) состоит из нескольких элементов: бочки (диаметром?) и длиной Т б), которая при прокатке соприкасается с металлом, шеек (диаметром с1 ш и длиной / ш), расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники валка; концов валка, служащих для соединения валка со шпинделем.

Основные размеры валка (диаметр и длина бочки) зависят от сортамента прокатываемой продукции. Диаметр валка для горячей прокатки составляет от 250 - 300 мм (прокатка проволоки) до 1 000-1 400 мм (прокатка блюмов и слябов). Для холодной прокатки применяют валки диаметром от 5 мм (на 20-валковых станах при прокатке фольги) до 600 мм (на четырехвалковых станах при прокатке тонких полос).

Качество валков определяет нормальную работу стана, его производительность и качество выпускаемого проката. Валки эксплуатируются в условиях непрерывного истирания их металлом при прокатке, испытывают значительные давления и иногда работают при высокой резко меняющейся температуре. Прокатные валки изготавливают из стали и чугуна. Чугунные валки характеризуются пониженной прочностью, но при этом обладают высокой износостойкостью, поэтому их применяют в основном в прсдчистовых и чистовых клетях, а иногда и в промежуточных группах клетей. Обычные стальные и чугунные валки не всегда удовлетворяют повышенным требованиям, предъявляемым к ним, поэтому возникла необходимость применять литые и кованые высокопрочные стальные валки и чугунные валки повышенной прочности. Выбор материала для валков должен учитывать тип прокатного стана. Например, при горячей прокатке на блюминге на валки действуют высокие давления и температура. Поэтому такие валки изготовляют из литой или кованой углеродистой стали с большой вязкостью. Они отличаются хорошим сопротивлением изгибающим нагрузкам, возникающим при прокатке. Твердость валков при этом не играет главной роли. Для станов холодной прокатки целесообразно использовать легированные стальные и чугунные валки, у которых поверхностный слой характеризуется большой твердостью. Так, для валков диаметром менее 300 мм применяют стали марок 9Х и 9ХР, а для валков диаметром более 300 мм - стали 9X2, 9Х2МФ, 9Х2В и др. Валки для холодной прокатки, изготовленные из стали всех марок, подвергают термической обработке (закалка, отпуск) по специальным режимам. Повышения прочности и твердости бочки валков достигают также поверхностной закалкой. Глубина слоя повышенной твердости должна быть в пределах 20-60 мм, что дает возможность при износе поверхности бочки производить большое количество перешлифовок и тем самым удлинять срок службы валка. Большую роль при прокатке играет коэффициент трения на поверхности валков. Стальные валки имеют повышенный коэффициент трения, поэтому их чаще используют в клетях, реализующих высокие обжатия. На блюмингах, слябингах и заготовочных станах для повышения коэффициента трения, а следовательно, и улучшения условий захвата металла валками применяют поверхностную накатку валков гладкими или насеченными роликами.

Прокатные станы классифицируют по назначению, конструкции, взаимному расположению основных элементов и другим признакам.

Преимущественная классификация станов - по назначению в зависимости от вида прокатных профилей. Это станы обжимные, заготовочные, рельсо-балочные, крупносортовые, среднесортовые, мелкосортные, трубопроканые, станы холодной прокатки, бандаже- и колесопрокатные и станы специального назначения.

Основная величина, определяющая типоразмер сортопрокатного стана, - диаметр валка, а листового стана - длина бочки валка, от размеров которой зависит возможная ширина прокатываемых листов. Так у сортового стана 300 диаметр валков 300 мм, а у листового стана 2000 длина бочки валков 2000 мм.

Двухвалковые нереверсивные клети (дуо) (рис. 14.1.2, а) получили большое применение в непрерывных станах для прокатки заготовок, проволоки, сортовых профилей и тонких полос. В каждой клети таких станов осуществляется только по одному пропуску металла в одном направлении. В двухвалковых реверсивных клетях периодически изменяется направление вращения валков, а прокатываемый металл проходит через валки вперед и назад несколько раз. Эти клети применяют в блюмингах, слябингах, толстолистовых станах и т.д.

Рис. 14.1.2. Варианты расположения валков в рабочей клети

Трехвалковые (трио) клети - всегда нереверсивные, применяют в сортовых и листовых - трио Лаута - станах, отличающихся от сортовых меньшим диаметром среднего неприводного валка по сравнению с верхним и нижним. Металл в станах трио движется в одну сторону между нижним и средним, а в обратную - между средним и верхним валками.

Четырехвалковые клети (кварто) (рис. 14.1.2, б) весьма широко применяют при прокатке толстых и тонких полос, броневых плит.

Шестивалковые клети служат для холодной прокатки тонких и узких полос в рулонах с жесткими допусками по толщине.

Двенадцати- и двадцативалковые клети (рис. 14.1.2, в) имеют два рабочих валка, остальные - опорные и применяются для прокатки тонких и тончайших полос и лент, особенно из труднодеформируемых металлов.

Универсальные станы, кроме горизонтальных валков, имеют также и вертикальные, расположенные с одной или обеих сторон горизонтальных валков (рис. 14.1.2, г).

Схема прокатного стана показана на рис. 14.1.3, г.

Инструментом прокатки являются валки, которые в зависимости от прокатываемого профиля могут быть гладкими (рис. 14.1.3, а), применяемыми для прокатки листов, лент и т. п.; ступенчатыми, например, для прокатки полосовой стали и ручьевыми (рис. 14.1.3, б) для получения сортового проката. Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Калибры различают открытые и закрытые (рис. 14.1.3, в). У открытых калибров линия разъема валков находится в пределах калибра, а у закрытых - вне его пределов. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров.

Валки состоят из бочки 1 (рабочая часть валка), шеек 2 (цапф) и трефы 3. Шейки валков вращаются в подшипниках, устанавливаемых в станинах. В станине имеются нажимные механизмы для изменения расстояния между валками и регулирования взаимного расположения их осей. Комплект прокатных валков со станинами носит название рабочей клети 4. Крутящий момент от электродвигателя 8 через понижающий редуктор 7 передается шестеренной клети 6 , от зубчатых колес которой с помощью шпинделей 5 и муфт вращение передается на валки. Вследствие наличия шестеренной клети все валки рабочей клети являются ведущими.