§ 113. Прокатное оборудование

Как было сказано ранее, процесс прокатки осуществляют путем пропуска металла в зазоре между двумя вращающимися валками.

В зависимости от профиля прокатываемого изделия валки могут быть гладкие (фиг. 118), применяемые для прокатки листов, лент и т. п., ступен-

Фиг. 118. Гладкий валок.

чатые, например для прокатки полосового железа, и, наконец, ручьевые (с калибрами) для изготовления сложных профилей (фиг. 119).

Ручьем называют вырез на боковой поверхности валка, а совокупность двух ручьев пары валков образует калибр. Место, где граница профиля переходит с одного валка на другой, называется разделом калибра. Если

Фиг. 119. Ручьевой валок: 1—4 — ручьи прямоугольные; баб — ручьи стрельчатые; . 7—16 — ручьи ромбические.

линия ограничения раздела параллельна оси валков, то калибр будет откры­тым (фиг. 120, а), если же эти линии перпендикулярны (фиг. 120, б), то калибр является закрытым. На каждой паре ручьевых валков обычно размещают несколько калибров.

Формы калибров весьма разнообразны и зависят от

п рофиля металла, который необходимо получить. Профиль

этот получают из исходной заготовки

последовательными пропусками заготовки через

серию калибров, часто расположенных не только на

нескольких валках, но и на не­скольких прокатных станах, Фиг.120 Виды калибров

о которых бу­дет сказано ниже. При передаче заготовки

из одного калибра в другой часто бывает необходимо

повернуть заготовку вокруг ее оси или, как говорят, кантовать.

Разработку системы последовательных калибров, необходимых для получения того или иного профиля из данной заготовки, называют калибровкой. Калибровка является сложным и ответственным процессом. Неправильная калибровка может повести не только к снижению производительности, но и к браку изделий. Чем больше разница в размерах поперечных сечений исходной заготовки и конечного изделия и чем сложнее профиль последнего, тем большее количество калиб­ров требуется для его получения. В зависимости от стадии процесса про­катки различают калибры обжимные, черновые и чистовые.

На фиг. 121 в качестве примера показана калибровка валков для получе­ния рельсов.

Кроме перечисленных выше основных типов валков, существуют валки специальной формы.

С обеих сторон тела валка, называемого бочкой 1 (фиг. 118), имеются шей­ки 2, к которым примыкают крестообразные концы, называемые трефами 3.

Фиг. 121. Калибровка рельсов.

Шейки валков вращаются в подшипниках двух вертикальных станин, соеди­ненных между собой опорными плитами, наглухо установленными на фунда­мент. Станина снабжена установочными (или нажимными) механизмами, служащими для изменения расстояния между валками. Комплект прокатных валков со станинами носит название рабочей клети

Фиг. 122. Схема прокатного стана.

Вращение валкам передается от шестеренной клети. К шейкам зубчатых колес, так же как и к шейкам валков, примыкают трефы. При помощи шпин­делей и муфт через трефы происходит соединение шеек зубчатых колес с валками. Шестеренная клеть соединяется с двигателем через редуктор. Вследствие наличия шестеренной клети все валки рабочей клети являются ведущими. Рабочая клеть со стороны, противоположной шестеренной клети, может быть соединена со второй рабочей клетью и т. д.

Совокупность привода, шестеренной клети* одной или нескольких рабо­чих клетей образует прокатный стан.

Кроме соединений валков клетей при помощи трефов, шпинделей и муфт, применяют и другие.

Клеть прокатных станов, предназначенных для изготовления сортового и листового проката, может иметь различное количество и расположение валков.

Дуо-с таны имеют в каждой клети по два валка (фиг. 123, а). Дург станы в свою очередь разделяются на нереверсивные, имеющие постоянное

г) д) е)

Фиг. 123. Схемы расположения валков в рабочей клети:

а — дуо-стана; 6 — трио-стана; в — трио-стана с плавающим валком; г- двой­ного дуо; д — кварто-стана; е универсального стана

направление вращения валков, и реверсивные, в которых направление вра­щения можно менять и, следовательно, осуществлять пропуски прокатывае­мого материала в обе стороны (туда и обратно).

Реверсивные дуо-станы применяют для прокатки крупных профилей и толстых листов, нереверсивные дуо-станы применяют для высокопроизводи­тельной прокатки заготовок и сортового металла, причем в этом случае обра­батываемый металл идет непрерывно в одном направлении из одной клети в другую (непрерывные станы).

Нереверсивные станы применяют также для прокатки тонких листов и для холодной прокатки листов и ленты. При этом верхний валок используют для обратной подачи заготовки после пропуска между валками (фиг. 123, а).

Три о-с таны имеют в каждой клети по три валка (фиг. 123, б). Про­катываемая заготовка идет в одну сторону между средним и нижним валком, а в обратную сторону — между средним и верхним. Эти станы служат для прокатки блюмов, балок, рельсов и других крупных профилей, а также для прокатки сортового металла, если не требуется высокой производительности.

Разновидностью трио-станов является трио-стан с плавающим валком (фиг. 123, в), отличающийся тем, что средний валок имеет диаметр меньший, чем у крайних, не имеет привода и вращается за счет трения между ним и одним из двух валков, поскольку он имеет свободу перемещения вверх или вниз ив процессе каждого пропуска прижимается соответственно к верхнему или нижнему приводному валку. Такие станы применяют для прокатки листов толщиной обычно от 3 мм и больше.

Двойные дуо-станы (фиг. 123, г) характерны тем, что имеют клети, пред­ставляющие собой как бы комбинацию из двух клетей с валками, вращающи­мися попарно в противоположных направлениях. Прокатка на этих станах ведется так же, как и на трио-станах, в обе стороны, а точность получаемых профилей выше, так как имеется возможность независимой настройки каждой пары валков. Эти станы применяют для прокатки мелких и средних профилей, но вследствие сложности и громоздкости большого распространения они не получили.

Многовалковые станы имеют два рабочих валка, а остальные являются поддерживающими (опорными), служащими для уменьшения про­гиба рабочих валков и повышения точности проката по толщине. Четырехвалковые так называемые кварто-станы (фиг. 123, д) используют для горя­чей и холодной прокатки листов, широких полос и л'ент, все же остальные — шестивалковые, 12-валковые, 20-валковые — исключительно для холодной прокатки тонких листов и лент.

Станы универсальные отличаются наличием вертикальных валков в добавление к валкам горизонтальным. На универсальных станах металл обжимается при каждом пропуске и в вертикальном направлении, и в горизонтальном. Горизонтальных валков может быть как два (универсаль­ный дуо-стан), так и три (универсальный трио-стан). Вертикальные валки располагаются с одной стороны от горизонтальных (одна пара) или с обеих сторон (две пары) (фиг. 123, е).

Универсальные станы применяют для прокатки слябов (заготовки из слитка для последующей прокатки на лист) и широких листовых полос, а также для прокатки широкополочных двутавровых-балок высотой 300— 1800 мм.

По назначению, т. е. по роду выпускаемой продукции, прокатные станы, разделяются на обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, про­волочные, листовые, трубопрокатные, бандаже и колесопрокатные и различ­ные станы специального назначения.

Обжимные станы предназначены для обжатия стальных слитков в крупную заготовку. Основными типами обжимных станов являются блю­минги и слябинги. Блюминги представляют собой мощные одноклетьевые или двухклетьевые реверсивные прокатные дуо-станы с валками диаметром 800—1400 мм, с бочкой длиной до 3000 мм. Окружная скорость валков (скорость прокатки) доходит до 7 м/сек. Вес всего оборудования стана со­ставляет до 6000 т. В двуклетьевом блюминге рабочие клети расположены последовательно. Современные блюминги прокатывают слитки весом иногда до 20 т, однако обычный вес исходных слитков составляет 2—8 т. Произ­водительность блюминга составляет до 2,5 млн. т металла в год и даже более.

Продукцией блюмингов являются блюмы сечением от 125 X 125 до 450 X X 450 мм, идущие как на дальнейшую прокатку, так и на. последующую ковку, и слябы толщиной 75—300 мм и шириной 400—1600 мм. Слябы служат преимущественно для последующей прокатки в заготовку для листов.

Слябинги являются мощными универсальными реверсивными дуо-станами, состоящими из двух клетей. Они предназначены для прокатки сля­бов. Одна клеть имеет горизонтальные валки диаметром до —-1100 мм, другая — вертикальные диаметром до 700 мм. Валки слябингов гладкие, в отличие от валков блюмингов, которые имеют участки с калибрами, необ­ходимыми для прокатки блюмов. Наличие вертикальных валков облегчает прокатку слябов, так как для получения ровных боковых граней не требуется делать припусков на ребро, как это необходимо про прокатке слябов на блю­минге. Размеры слябов, прокатываемых на слябинге, такие же, какие были указаны для блюминга. Вес установки одного из советских слябингов с вал­ками (горизонтальными) диаметром 1100 мм составляет 5500 т.

Кроме указанных обжимных станов — блюмингов и слябингов, для обжима относительно небольших слитков, до 1,7—2,5 т, применяют обжим­ные трио-станы (трио-блюминги) с валками диаметрами 700—850 мм.

Заготовочные станы предназначены для прокатки блюмов на сортовую заготовку сечением от 40 X 40 до 200 X 200 мм в зависимости от диаметров валков, которые колеблются в пределах 450—750 мм. Кроме того, на этих станах прокатывают сутунку, представляющую собой пло­скую заготовку шириной 150—600 мм при толщине 6—75 мм. Сутунка является исходным материалом для последующей прокатки в мелкие листы и ленту. В некоторых слу­чаях на заготовочных станах изготовляют заготовку для сварных труб.

Современные заготовочные станы являются ста­нами непрерывной прокатки, т. е. металл здесь идет в одном направлении, проходя ряд дуо-клетей, рас­положенных последовательно одна за другой. Окруж­ная скорость вращения валков каждой последующей клети больше, чем предыдущей, так как длина про­катываемой заготовки после каждого пропуска уве­личивается.

Сортовые станы служат для прокатки, . фиг 124 Схема . полунепрерывного стана,

разнообразных профилей и разделяются на крупно­сортные, с валками диаметром 500—750 мм (про­катка крупных профилей, например, квадратных и круглых 80—200 мм, двутавровых балок и швеллеров высотой 120—240 мм и т. п.), среднесортные, с валками диаметром 350—500 мм (средние профили, например, квадрат и круг 38—100 мм, двутавровые балки и швеллеры высотой до 160 мм, угло­вая сталь от 50 X 50 до 120 X 120 мм и т. п.), и мелкосортные, с валками диаметром 250—350 мм (прокатка мелких профилей).

В сортовых станах применяют как дуо-клети (нереверсивные и ревер­сивные), так и трио-клети, а также двойное дуо в различных сочетаниях, имеющих целью обеспечить максимальную производительность и удобство прокатки в зависимости от сортамента изделий, для прокатки которых предназначен стан.

Проволочные станы. На специальных проволочных станах прокатывают проволоку диаметром 5—9 мм. Меньшие диаметры получают путем волочения, а более крупные — на мелкосортных станах. Для прокатки проволоки применяют в основном полунепрерывные и непрерывные станы. В полунепрерывных станах черновая группа / (фиг. 124) конструируется как непрерывная, а чистовая 2 расположена в линию. Металл одновременно находится во всех клетях чистовой линии, образуя петли на участках между калибрами. В непрерывных станах петель нет и металл идет с некоторым на­тяжением. По выходе из последнего калибра проволока наматывается на мотовила. Скорость прокатки в последней клети непрерывного проволочного стана превышает 20 м/сек, вес бунта проволоки свыше 200 кг, а производитель­ность доходит до 200 000—300 000 т проволоки в год.

Листопрокатные станы разделяются на толстолистовые и тонколистовые. Последние в свою очередь могут быть станами горячей и холодной прокатки. Толстые листы (т. е. толщиной свыше 4 мм) катают из слябов. Для прокатки широко применяют трио-клети с плавающим валком, а также реверсивные дуо и за последнее время — реверсивные кварто, как обеспечивающие большую равномерность толщины широких листов. Боль­шое распространение до сих пор имеет одноклетьевой трио-стан с плавающим валком, а также станы многоклетьевые, часто представляющие собой ком­бинацию клетей различных типов, распределенных в черновую и чистовую группы. При этом все большее распространение получают станы типа полу­непрерывных и непрерывных, обеспечивающих наибольшую производитель­ность (например, 1 млн. m в год). Длина бочки валков листовых станов, естественно, должна быть больше ширины прокатываемых листов, поэтому валки этих станов отличаются огромными размерами. Так, например, валки кварто-стана для прокатки броневых листов имеют бочку длиной 5440 мм_, а диаметры валков составляют 1100 мм (рабочие) и 1650 мм (поддерживаю­щие).

Разновидностью толстолистовых станов являются станы для прокатки листовых полос (например, толщиной 6—50 мм, шириной 300—1000 мм). Клети этих станов выполняют в виде универсальных, т. е. с дополнитель­ными вертикальными валками.

Листы после прокатки проходят различные отделочные операции; глав­ными из них являются правка на правильных машинах и обрезка кромок на ножницах (листы толщиной до 50 мм) или кислородно-ацетиленовым пламенем (при толщине листов свыше 50 мм).

Тонкие горячекатаные листы прокатывают обычно из легких слябов или сутунки. При малых объемах производства для горячей прокатки тон­ких листов служат дуо-станы с количеством клетей до трех; в этом случае одна из клетей бывает трио. Сперва раскатывают слябы или сутунку до получения листа толщиной около 2 мм, дальше идет прокатка парочкой, т. е. два листа, наложенных один на другой. По мере уменьшения толщины листов прокатку ведут четверткой и, наконец, восьмеркой, когда толщина листов станет ~0,2 мм. Иначе говоря, тонкие листы катают пакетом.

В- настоящее время широкое применение получают непрерывные листо­прокатные станы, полностью механизированные и обладающие огромной производительностью (750 000—800 000 m металла в год).

Горячекатаные тонкие листы проходят ряд отделочных операций, из которых обязательными являются резка и правка. Так как прокатка закан­чивается при сравнительно низких температурах (600—800°), листы подвер­гают отжигу для снятия наклепа. Если лист назначен в качестве исходного материала для штамповки или для последующей холодной прокатки, а также для покрытия оловом, цинком и т. п., то необходимо травление для удаления окалины. Отожженный и травленый горячекатаный лист носит название декапированного.

Холодную прокатку листов и ленты производят для уменьшения толщины горячекатаного материала, для получения точности по толщине и улучше­ния качества поверхности, а также для увеличения твердости за счет наклепа, что требуется в ряде случаев.

Для холодной прокатки листов применяют почти исключительно два типа станов: реверсивный кварто из одной клети и непрерывный из трех клетей кварто. Исходным материалом служат преимущественно горячекатаные полосы толщиной 1,6—3 мм. Перед станом устанавливают разматыватель рулонов, а после стана — наматывающий барабан (моталку).

После холодной прокатки материал проходит отделочные операции: обрезку продольных кромок и переднего конца, разрезку на мерные листы и т. п. Для этой цели служат специальные механизированные агрегаты.

Кроме того, холоднокатаный материал часто подвергают отжигу или нормализации, травлению и дрессировке, т. е. правке путем пропуска с незначительным обжатием в специальном прокатном стане типа кварто, иногда дуо.

Трубопрокатные станы. По способу производства. трубы делятся на две категории — бесшовные и сварные. Несмотря на значительное разнообразие конструкций станов для прокатки бесшовных труб, схема процесса их изготовления одна и та же. Процесс разделяется всегда на две стадии: получение пустотелой гильзы из слитка или прокатной заготовки и получение из гильзы готовой трубы — раскатка данной гильзы. В связи с этим во всех случаях исходная заготовка прежде всего проходит один или два прошивных прокатных стана.

Прошивной стан имеет два валка, оси которых расположены под неко­торым углом друг к другу. Валки имеют вращение в одном направлении (фиг. 125) в отличие от всех ранее рассмотренных станов. Слиток или заготов­ка задается в валки в направлении их осевого раствора. Так как валки вра­щаются в одном направлении, то заготовка получает вращательное движение (фиг. 125), а поскольку оси валков наклонены друг к другу, то, кроме вращательного движения, заготовка получает и поступательное движение вдоль осей валков (если пренебречь незначительным углом между этими осями), в то время как в ранее рассмо­тренных станах заготовка двигается перпендикулярно осям вращения вал­ков. Рассмотренные ранее станы осу­ществляют так называемую продоль­ную прокатку, а процесс прокатки в описываемом прошивном стане харак­терен для поперечной прокатки.

В связи с формой валков в зоне прошивки (фиг.125)

Фиг. 125. Схема прошивки гильзы: / — валки; 2 — пробка на стержне; 3 — заготовка

между валками постепенно уменьшается, т. е. окружная скорость точек их поверх­ности увеличивается. Это ведет к тому, что заготовка в зоне прошивки будет подвергаться скручиванию с возникновением в металле напряжений. Вместе с тем валки сжимают заготовку с двух диаметрально противоположных сторон, придавая в каждый данный момент овальную форму ее сечению. При этом непосредственно обжимаемые валками поверхности вследствие вращения заготовки все время меняются. В результате металл стремится течь в радиальном направлении. Наконец, течение металла по длине заготовки неравномерно: периферийные слои стремятся течь интенсивнее внутренних. Таким образом, металл находится в весьма сложных условиях пластической деформации, создающих настолько значительные напряжения в осевой зоне слитка, что сплошность металла в этой зоне нарушается и последняя как бы разрыхляется с образованием внутренней полости.

Пройдя зону прошивки, металл переходит в зону раскатки, где валки имеют обратную конусность, а разрыхленная сердцевина заготовки встречает пробку, удерживаемую на стержне. В зоне раскатки металл подвергается поперечной прокатке между валками и пробкой, причем внутреннее отвер­стие формируется по диаметру пробки, а толщина стенок уменьшается.

После прошивки заготовки следует раскатка полученной гильзы для обра­зования трубы со стенками требуемой толщины. При раскатке толщину сте­нок уменьшают за счет обжатия наружного диаметра гильзы. Внутрь рас­катываемой гильзы вставляют оправку. Прокатку производят на специаль­ных станах.

Исходным материалом для изготовления прокаткой сварных труб является плоская заготовка (штрипсы), выпускаемая в полосах или рулонах, а также заготовка, нарезанная из листов. Изготовление трубы требует следующих основных операций: получения трубной заготовки путем свертывания пло­ской заготовки, сварки трубы, калибровки, отделки и правки. Для сварки труб применяют следующие основные способы: печная сварка, электрическая, водяным газом и автогенная.

Наиболее распространенным является способ прокатки труб печной сварки на непрерывном стане. Рулоны исходного материала сначала разматывает специальная машина (фиг. 126), затем они проходят роликовую правильную

Фиг. 126. Схема изготовления сварных труб печной сварки

машину и сварочный аппарат, где конец впереди идущего рулона сваривается с началом последующего (предварительно свариваемые концы обрезают на ножницах), и далее лента поступает в длинную (например, 40 м) газовую печь. Из печи лента, нагретая по кромкам до сварочной температуры (~1350°), попадает в непрерывный прокатный стан. Стан имеет шесть пар валков с калибрами, которые, постепенно изгибая ленту, свертывают ее

Фиг. 127. Схема действия станов:

а — бандажепрокатного; б — колесопрокатного.

в трубу, а прижимаемые одна к другой нагретые до сварочного жара кромки свариваются. Выходящую из стана трубу непрерывно разрезают пилой на куски требуемой длины и далее калибруют на калибровочном стане.

Производительность всего агрегата достигает 42 000—150 000 т труб в год (большая производительность — для труб большего диаметра).

При электросварке исходную заготовку формуют в трубы на непрерыв­ном стане, имеющем 5—12 клетей, а затем шов сваривают электросвароч­ным аппаратом, и труба поступает в калибровочный стан. Электросварные трубы имеют более чистый шов, могут быть получены с более тонкой стенкой и, наконец, для их изготовления можно применять не только мягкую, но и твердую сталь, в том числе легированную. Трубы газовой и автогенной сварки изготовляют аналогично.

Ранее указывалось, что прокаткой можно получать не только профили, листы, трубы и т. п., но и отдельные детали.

Существуют специальные станы для прокатки бандажей и дисковых колес. Схема действия этих станов показана на фиг. 127. В настоящее время прокатываются отдельные детали, например вагонные оси, шарики, зубчатые колеса с зубьями и т. п.

Фиг. 128. Схема стана для периодического проката

На специальных раскаточных машинах, работающих по методу прокатки, изготовляют кольца крупных шарикоподшипников и т. п. Большое значение получает периодический прокат, т. е. про­кат с периодически изменяющимся по длине профилем. Периодический про­кат является весьма удобной заготовкой для последующей штамповки из нее различных деталей. Естественно, для каждой отдельной детали необходим периодический прокат специальной конфигурации.

На фиг. 128 представлена схема одного стана для периодического проката. Валки стана имеют вращательное движение в одном направлении и распо­ложены под углом друг к другу. Калибры на валках расположены по винто­вой линии. Прокатываемая заготовка имеет и поступательное (вдоль осей валков), и вращательное движение. Таким образом, здесь осуществляется поперечная прокатка.