Глава 7 оборудование прокатньіх цехов § 42. Сведения об обработке металлов давлением

Зарождение й развитие прокатного производстваы в России было обусловлено потребностью в кровельном й листовом железе, а затем в рельсах в связи с началом строительства железных дорог.

Первые прокатные станы в России для прокатки кровельного й другого листового железа появились на Урале в 1806 г. В 1843 г. в г. Выксе были прокатаны первые рельсы. Южные заводы были построены преимущественно в последнее десятилетие прошлого века й по уровню техники стояли значительно выше более старих уральских заводов.

Наличие избыточного количества очень дешевой рабочей силы не побуждало тогдашних владелцев заводов-русских и иностранных капиталистов - механизировать прокатнеє производство.

За годы советской власти произошел резкий количественннй й качественннй рост прокатното производства в нашей стране.

Прокатнеє производство особенно интенсивно развивалось с 1933 по 1938 г., когда випуск проката составил около 13,3 млн. т в год, и до 1940 г. оставалось неизменным.

Первые крупные цехи с наиболее совершенным для того времени оборудованием были построены на вновь строящихся Магнитогорском и Кузнецком металлургических комбинатах. Прокатные цехи этих комбинатов были оборудованы блюмингами с годовой производительностью 1000-1200 тыс. т слитков. Тогда же била осуществлена реконструкция прокатних цехов на действующих заводах-Макеевском й им. Дзержнского, на которых были установлены первые советские блюминги. Построенные Ново-Краматорский й Уральский машиностроительные заводы, стали изготовлять прокатные стани, что позволило отказаться от импорта прокатного оборудовавдя.

В первые годы Великой Отечественной войны большоє количество оборудования прокатных цехов было эвакуировано на Восток; часть этого оборудования была введена в эксплуатацию.

После освобождения южных районов страны от немецкой оккупации началось восстановление разрушенных заводов с одновременной их реконструкцией. Уже в 1948г. был превзойден довоенный уровень производства прокатной продукции. В следующие годы темпы роста проката резко увеличились; одновременно с увеличением количества проката расширялся его сортамент. Оборудование прокатных станов и агрегатов проектировали советские конструкторы, а изготовляли его на отечественних машиностроительних заводах.

Ниже приведены данные по производству прокатной продукции вСССР (в млн.т):

Годы 1913 1920 1935 1940 1956 1959 1965 1970

Производство проката . 3,506 0,147 9,4 13,3 37,8 47,0 70 90

Коренным образом изменились условия труда прокатчиков в современных прокатних цехах все основные производственые операции - механизированы и автоматизированы. Сами здания - просторные, светлые с хорошей й эффективной вентиляцией.

Прокаткой металла на прокатних станах завершается полини металлургический цикл завода.

Современний прокатний стан представляет собой большой й сложный технологический комплекс последовательно расположенннх машнн й агрегатов, предназначенннх для непосредственной прокатки, дальнейшей его обработки и отделки (правки, резки и пр.), а также транспортировки.

Главным решающим направлением технического прогресса в прокатном производстве является комплексная механизация й автоматизация производственных прочессов, создание полностью автоматизированных цехов, технологических процессов, широкое применение вычислительной техники. Большой интерес представляет так називаемый способ бесконечной прокатки, для осуществления которого отдельные заготовки перед прокаткой сваривают встык, а также сочетание машины непрерывного литья заготвок (МНЛЗ) с прокатним стадом. Бесконечная прокатка позволяет значительно увеличить скорости прокатки, доведя их до 40 м/с й более, й полностью автоматизировать процесе прокатки.

Существует несколько способов обработки металлов давлением (рис. 113), в том числе ковка, горячая объемная штамповка, листовая штамповка, прессование, волочение и прокатка.

Ковкой называют способ горячей обработки металлов давлением, осуществляемой при помощи удара либо нажатия бойка молота или пресса. При этом смещаемый по высоте объем деформируемого металла имеет возможность свободно перемещаться по контактной поверхностн инструмента. Поэтому данный способ обработки металлов называют еще свободной ковкой.

Поковки массой до 3 т обычно изготовляют на пневматических или паровоздушных молотах, а более тяжелые - на гидравлических й паро-гидравлических прессах.

Горячую обьемную штамповку поковок выполняют при помощи штампа, состоящего обычно из верхней й нижней частей. При смыкании частей штампа полости его образуют форму штампуемой детали. Нагретую заготовку помещают на нижний штамп й осуществляют последовательнне удары или нажатие верхним - штампом. При этом заготовка заполняет полость ручьев й принимает форму детали.

Заготовками для горячей объемной штамповки являются сортовой прокат, пресоованные прутки й слитки.

Листовую штамповку металлов осуществляют преимущественно в холом состоянии. Штамп для холодной штамповки состоит из пуансона й матрицы и ряда всломагательных деталей. Матрица неподвижшо закрепляетєя на столе пресса, а пуансон крепится к повзуну преса. При этом получают самые разнообразные по формам й размерам изделия.

Прессованием называют выдавливание металла нз замкнутой области через отверстие заданной формы. Прессованием получают самые разнообразные и сложные профили.

Волочением называют протягивание заготовки, имеющей одинаковое сечение по всей длине, через отверстия волочильной доски (волоки), сечение которого меньше сечения протягиваемой заготовки. Волочение металла осуществляют преимущественно в холодном состоянии. Заготовками для волочений служит прокат в виде проволоки, прутков и труб.

Волочение производят на волочильних станах с тянущим усилием до 1,5 МН (150 тс).

Прокаткой называют опособ деформации металла путем сдавливания (обжатия) его между вращающимися валками. Прокатка металла осуществляется как в горячем, так и в холодном состоянии. Первичной заготовкой при прокатке являются слитки, вторичной - прокат, поступающий с обжимных и заготовочных станов.

Прокатку в горячем состоянии применяют для получения заготовок, сортового проката, труб, листового праката, полос й специальньїх профилей.

Прокатка является самьым раопространенным способом обработки металлов давлением; около 80% всей выплавляемой стали подвергают прокатке.

На металлургическом заводе строят обачно несколько самостоятельных прокатних цехов, вьпускающих прокат различных видов. Главним прокатным цехом завода является тот, в котором установлен блюминг или слябинг - мощный обжимной стан, через который пропускается вся продукция (слитки) сталеплавильного цеха.

Перед обработкой стальних заготовок давлением (прокаткой, ковкой, штамповкой й т. п.) их нагревают в нагревательных печах. Этот нагрев необходим, так как при високих температурах (1100-1280°С) сталь становится пластичной, что облегчает ее обработку. Температура в нагревательннх печах должна бить несколько вьше температури нагретой стали. Для этой цели топливо в нагревательних печах сжигают непосредственно в рабочем пространстве.

Нагревательные печи могут работать на жидком, газообразном й твердом топливе, причем наиболее аффективна работа печей на газообразном й жидком топливе.

Слитки металла перед прокаткой на обжимном стане нагревают в нагревательних колодцах, рабочее пространство колодцев перекрито съемной крышкой, сдвигаемой в сторону при загрузке слитков, которые устанавливаются вертикально специальным краном.

В СССР распространенн следующие типи нагревательних колодцев: мелкокамернне регенеративнне с регенераторами, установленньми с противоположных сторон по длине рабочей камеры; рекуперативные с торелкой в центре пода й рекуперативные колодцы .с одной горелкой а торцавой стене над слитками. Рекуперативные нагревательые колодци более прогресивны и современны по сравнению с регенеративними.

Рекуперативные колодци располагают групами, каждая из которых состоит из двух колодцев. В каждом колодце помещается по 12- 16 слитков, располагающихся вдоль стен колодца. Колодци оборудованы керамическими рекуператорами для подогрева воздуха до 800- 8500С. Воздух из рекуператоров поступает с двух сторон к горелке по сборным каналам, факел горелки направлен снизу вверх. Гази из ра-бочего пространства через специальные окна поступают в рекуператор й затем в дымовую трубу. В таких колодцах несколько перегреваются верхние части слитков.

Для нагрева очень крупных слитков применяют камерние печи с видвижным подом. Горелки в таких печах расположены так, что тепло подводится не только сверху, но й снизу, Под зтих печей представляет собой тележку, футерованную огнеупорным кирпичом й поставленную на специальнне катки. Слитки загружают на под мостовими кранами. Для устранения подсоса воздуха с обеих сторон пода делают песочные затвори.

Для нагрева большого количества однотипных заготовок применяют механизированные печи непрернвного действия, в которых нагреваемые заготовки перемещаются по рабочему пространству печи. В таких печах температура по длине рабочего пространства может бить постоянной или переменной.

Печи, в которых температура по длине рабочего пространства значительно меняется, называются методическими. В таких печах бывают две, три й более температурные зоны. В прокатних цехах широко применяются методические печи с толкателями, которые расположени вне печи й не подвергаготся воздействию высоких температур. Толкатель проталкивает заготовки через печь й выталкивает их на рольганг.

Для ускорения нагрева металла в методических печах, кроме верхнего обогрева, применяют й нижний обогрев. В зтом случае вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы, по которым двигаются заготовки. Такие трубы устанавливаются в методической й сварочной зонах.

При нагреве длинных й тонких заготовок (полос, прутков) применяют механизированные печи с шагающими балками, а для нагрева перед прокаткой круглих заготовок - секционные печи. Для термической обработки сортового, листового проката, рельсов й др. применяют термические печи. Термическая обработка включает в себе совокупность операций нагрева, выдержки й охлаждения, необходимых для изменения структуры и свойства металла. Основными видами термической обработки являются закалка, нормализация, отжиг й отпуск.

Исходным материалом для прокатки, как было указано выше, являются слитки с квадратним или прямоугольньщ сечением. Конечной продукцией является прокат различното сортамента й назначений: - балки, швеллерм, рельсы, угловая, круглая й квадратная сталь, полосы, листовая сталь различной толщины, трубы й профили специального назначений.

В современных сталеплавильннх цехах отливают слитки масой до 36 т. Из таких слитков часто не представляется возможным получить нужный прокат поэтому технологический процесе прокатки сортовой стали состоит из двух стадий- прокатка слитка в полупродукт (заготовку) й прокатка полупродукта в готовий прокат.

Крупные слитки прокатывают на мощных станах-блюмингах. Продукцией блюминга является квадрат (блюм) сечением от 200X200 до 350X350 мм.

В непосредственной близости от блюминга устанавливают обычно заготовочний стан. Прокатку от слитка до мелкой заготовки в большинстве случаев ведут с одного нагрева.

Листовую сталь изготавливают также в две стадий: прокатка из слитка заготовки - сляба и прокатка из сляба листа.

Прокатка слябов осуществляется на мощных обжимных станах - слябингах или на блюмингах.

Рис.113. Основные способы обработки металлов давлением:

а – свободная ковка; б – горячая объемная штамповка; в – листовая штамповка; г – прессование; д – волочение; 1 – шабот молота; 2 – боек; 3 – поковка; 4 – верхняя часть штампа; 5 – заусенечная канавка; 6 – нижняя часть штампа; 7 – матрица; 8 – прижим; 9 – пуансон; 10 – изделие; 11 – прессшайба; 12 – прессуемый материал; 13 – контейнер; 14 – волока; 15 - пруток

Для ускорения нагрева металла в методических печах, кроме верхнего обогрева, применяют и нижний обогрев. В этом случае вдоль печи прокладывают специальные глиссажные (водоохлаждаемые) трубы, по корым двигаются заготовки. Такие трубы устанавливаются в методиской и сварочной зонах.

При нагреве длинных и тонких заготовок (полос, прутков) применяют механизированные печи с шагающими балками, а для нагрева перед прокаткой круглых заготовок – секционные печи. Для термической обработки сортового, листового проката, рельсов и др. применяют термические печи. Термическая обработка включает в себе совокупность операций нагрева, выдержки и охлаждения, необходимых для изменения структуры и свойства металла.

Технологическая схема производства проката от слитка до готового продукта приведена на рис. 114.

Рис. 114. Схема производства проката от слитка до готового продукта в современных -прокатных.цехах