§44. Оборудование линий рабочих клетей стана

Оборудование прокатных станов, непосредственно связанное с деформацией прокатываемого металла, расположено в главных (рабочих) линиях стана (рис. 119, а) и называется основным. К нему относятся главные электродвигатели 8, зубчатые передачи (редукторы 6, шестеренные клети 4), шпиндели 3 и муфты 7 и 5, а также оборудование рабочих клетей (станины, валки 2, подушки с подшипниками, устройства для установки валков 9, проводки для направления металла 1 в валки и др.).

К остальному, так называемому вспомогательному технологическому оборудованию, относятся машины, устройства и механизмы, предназначенные для транспортировки металла (рольганги, транспортеры), поворота и передвижения его при прокатке (поворотные столы, кантователи, манипуляторы), резки прокатанного металла (ножницы, пилы), правки его (правильные машины); наматывания в бунты и рулоны (моталки), охлаждения на стеллажах и холодильниках, укладки в стопы (укладчики), очистки, промасливания и упаковки готового проката и выполнения других операций.

Комплекс основного и вспомогательного оборудования, обеспечивающего получение изделий прокаткой, называют прокатным станом.

Непосредственная пластическая деформация прокатываемого металла происходит в валках (рис. 119,б, в), что собственно и является процессом прокатки металла.

Рис. 119. Прокатка металла:

а - схема главной линии одноклетевого прокатного стана; б - прокатка листа на гладких валках; в - прокатка металла в валках с калибрами; 1 – прокатываемый металл; 2 - валки рабочей клети; 3 - универсальные шпиндели; 4 – шестеренная клеть; 5 - коренная соединительная муфта; 6 - редуктор; 7 - муфта главного электродвигателя; 8 - главный электродвигатель; 9 - механизм для замены валков

Оборудование, входящее в главную линию прокатного стана, можно разделить на три основные группы: рабочие клети, передаточные механизмы, главные электродвигатели. На рис. 120 приведены различные схемы главных линий рабочей клети.

Рис. 120. Схемы главных линий рабочей клети:

а - непосредственный индивидуальный привод валков от главных электродвигателей; б - привод валков от электродвигателя через шестеренную клеть; в - привод валков от электродвигателя через редуктор и шестеренную клеть; 1 - фундаментные болты; 2 - плитовины; 3 - станины; 4 - рабочая клеть; 5 - опорные валки клети кварто; 6 - рабочие валки клети кварто; 7 - устройство для уравновешивания шпинделей; 8 - универсальные шпиндели; 9 - шестеренная клеть; 10 - коренная муфта; 11 - редуктор; 12 - моторная муфта; 13-главные электродвигатели; 14 - валки клетки 970; 15 - промежуточный вал

Собственно рабочая клеть (рис. 121) является основным узлом прокатного стана, так как в ней осуществляется непосредственно прокатка металла.

Рабочая клеть представляет собой две массивные литые стальные станины 2, установленные на плитовины 1, прикрепленные к фундаменту анкерными болтами 12. В станинах смонтированы подушки 3 с подшипниками и валками 9, а также устройства для перемещения верхнего 7 и нижнего 13 валков по высоте и в осевом направлении, направляющие проводки, пропуска, линейки и т.д.

Все давление на валки, возникающее при прокатке, воспринимается станинами, поэтому они должны быть прочными и жесткими. Станины по своей конструкции бывают закрытые и открытые.

Станина закрытого типа представляет собой литую массивную жесткую раму; в середине ее сделано окно, в котором устанавливают подушки с подшипниками. В нижней части станины имеются лапы, которыми она крепится к плитовинам. Станины такого типа прочные и жесткие и применяются в рабочих клетях блюмингов, слябингов, тонколистовых станов горячей и холодной прокатки.

Станина открытого типа имеет крышку 6, которую скрепляют со станиной болтами. Такие станины менее жесткие, чем закрытого типа, но позволяют сменять валки непосредственно краном при снятой крышке. Станины открытого типа применяют в тех случаях, когда не предъявляются большие требования к жесткости станины, например, в сортовых и рельсобалочных станах.

Станины изготовляют литыми из стали марки 30-35Л.

В последнее время ведутся интенсивные работы по конструированию более жестких клетей, в том числе предварительно напряженных клетей, а также по увеличению стойкости прокатных валков и валковой арматуры.

Рис. 121. Рабочая клеть трио:

1 - плитовина; 2 -станина; 3 -подушки; 4 - вкладыши; 5 - малая подвеска; 6 - крышка; 7 - большая подвеска; 8 -нажимной винт; 9 - валки; 10 - клиновое устройство; 11 - крышка подушки среднего валка; 12 - анкерные болты; 13 - винт с клином для регулировки нижнего валка

Валки (рис. 122) прокатных станов являются ответственным инструментом, при помощи которого металл деформируется и приобретает требуемую форму поперечного сечения. Валок состоит из следующих элементов: бочки 1 валка, которая при прокатке непосредственно соприкасается с металлом; шеек 2, расположенных с двух концов валка и опирающихся на подшипники; трефов 3 валка, служащих для соединения с передаточными устройствами. Чаще всего бочка, шейки и трефы валка представляют собой единое целое.

Прокатные валки делятся на две основные группы – листовые и сортовые. Первые служат для прокатки листов, лент и полос. Бочка у этих валков цилиндрической формы с гладкой поверхностью. Бочку при обточке делают слегка вогнутой. При прокатке горячего металла середина бочки разогревается больше, чем ее концы, и она становится цилиндрической. Это делается для того, чтобы при прокатке получить равномерную толщину листа по его ширине. Для холодной прокатки тонких листов бочку валка делают слегка выпуклой.

Сортовые валки служат для прокатки различного сортового профиля (круглого, квадратного, уголков, балок, рельсов и пр.). На поверхности бочки валка выточены углубления, называемые ручьями 4. Просвет, образованный двумя ручьями двух парных валков, называется калибром 5. Профиль калибра соответствует профилю поперечного сечения прокатываемой полосы. Такие валки называют ручьевыми (калиброванными).

Диаметр валков и длину бочки выбирают с учетом прочности на изгиб и допустимого прогиба при прокатке. Для прокатных станов различных типов практикой установлены следующие наиболее рациональные соотношения между длиной бочки валка и ее диаметром: обжимные станы L = (2,2 – 2,7)D; сортовые станы L = (1,5 – 2,5)D; толстолистовые станы L = (2,2 – 2,8)D; тонколистовые станы L = (1,5 – 2,2)D.

Диаметр шейки валка d выбирают в зависимости от диаметра бочки в пределах (0,55-0,75)D. Длину шейки валка принимают равной ее диаметру. Диаметр трефа валка на 10 - 15 мм меньше диаметра шейки. Материал валков должен быть таким, чтобы валки могли работать в течение длительного времени без поломок при минимальном износе поверхности. Износ валков зависит от их твердости, а повышение твердости снижает вязкость материала валков. Поэтому для станов различного типа валки делают из разного материала.

Стальные валки, литые или кованые применяют на блюмингах, слябингах, в обжимных клетях сортовых станов и на станах холодной прокатки. Для повышения твердости поверхность бочки валка подвергают иногда обкатке роликами, прижатыми с определенным давлением: производят газопламенную закалку или дуговую наплавку под флюсом электродами из высокопрочной стали. Для холодной прокатки валки подвергают термообработке (закалке и отпуску) по специальному режиму. Валки отливают как с гладкой бочкой, так и с готовыми ручьями.

На сортовых, рельсобалочных, среднелистовых и тонколистовых станах горячей прокатки применяют легированные чугунные валки. Этим валкам свойственны достаточная прочность и хорошая сопротивляемость износу.

В процессе работы поверхность валков изнашивается (истирается), поэтому после эксплуатации в течение некоторого времени валки перетачивают на вальцетокарных станках. Допустимая величина переточки ограничивается уменьшением прочности валка из-за уменьшения его диаметра рабочей клети. После нескольких переточек валки оказываются непригодными для использования на данном стане. В дальнейшем их или перетачивают на меньший диаметр для меньших станов, или отправляют в шихту сталеплавильных печей.

В процессе деформации прокатываемого металла валки воспринимают давление и передают его на подшипники. Удельные давления, воспринимаемые подшипниками при прокатке, доходят до 4,7 кН/см² (470 кгс/см²). Ограниченные размеры подшипников прокатных станов и большие нагрузки на них предъявляют особые требования к конструкции подшипниковых узлов рабочих клетей.

Подшипники прокатных станов делятся на две группы - скольжения и качения.

Подшипники скольжения могут быть открытыми и закрытыми. Открытые подшипники охватывают не всю шейку валков, а только ее часть в виде вкладышей, расположенных со стороны шейки, воспринимающей наибольшие усилия. В зависимости от типа прокатного стана, конструкции и назначения рабочих клетей применяют вкладыши металлические (бронзовые и баббитовые) или неметаллические (текстолитовые, лигнофолевые, лигностоновые). Металлические подшипники

смазывают специальными битумными брикетами; неметаллические подшипники в зависимости от условий и режима работы смазывают водой или водной эмульсией (при этом происходит одновременно охлаждение подшипников).

В современных прокатных станах широко применяются подшипники закрытого типа - жидкостного трения. Принцип работы этих подшипников заключается в том, что между телом шейки - валка и материалом подшипника всегда сохраняется масляная пленка, благодаря чему шейка как бы плавает в подшипнике. Это состояние обеспечивается в тех случаях, когда трущиеся поверхности обработаны до зеркальной чистоты, а конструкция подшипника герметически закрыта. Такие подшипники имеют коэффициент трения меньше, чем роликовые и выдерживают большие нагрузки. Практически такие подшипники работают почти без износа трущихся поверхностей.

Подшипники качения (роликовые многорядные подшипники с коническими роликами) применяют в станах кварто, в тонколистовых станах дуо, заготовочных и сортовых станах. Такие подшипники для прокатных валков изготовляют по специальным заказам, так как они должны иметь определенные габариты и выдерживать большие нагрузки.

Валки прокатного стана приводятся во вращение от главного электродвигателя, который является двигателем специального (металлургического) типа с воздушным охлаждением. На станах с постоянной скоростью прокатки применяют синхронные или асинхронные двигатели; на станах с регулируемой скоростью прокатки - двигатели постоянного тока. Мощность главных электродвигателей и число оборотов в зависимости от типа стана колеблется в больших пределах.