книги из ГПНТБ / Крупин А.В. Прокатка металлов в вакууме учеб. пособие
.pdfИмеются сведения о вакуумных прокатных станах, предназ наченных для прокатки плутония и бериллия. Вакуумный про катный стан для прокатки плутония установлен в Калифор нийском университете и состоит из трех клетей, помещенных в отдельные вакуумные камеры. В одной из камер устано влена муфельная печь, которая позволяет нагревать металл до 1000° С. Скорость прокатки составляет 0,5 м/с, мощность каж дого из приводов 20 кВт, максимальное усилие прокатки 700 кН (70 Т), наибольшая глубина вакуума — 1,33- 10-3 Н/м2 (IX ХІ0~5 мм рт. ст.). На вакуумном устройстве успешно прокаты вали литую заготовку с 75% Be при 1000°С на лист толщиной 1,75-ІО”3 м. Прокатку проводили в одном направлении со ско
ростью 0,17 м/с. Перед прокаткой |
валки подогревали до 100° С. |
В каталогах японской фирмы |
Ono Rolling Mill Согр. приве |
дено описание двух экспериментальных установок, предназна ченных для горячей прокатки металлов в вакууме н атмосфере
инертного газа (рис. |
46). Одна установка |
со станом |
дуо-127 |
|||
(рпс. 46, а) |
позволяет |
прокатывать полосу |
толщиной |
от 8 |
до |
|
0,3 мм или |
круглый |
профиль с начальным |
диаметром |
13 |
мм, |
|
а вторая со станом |
дуо-300 (рис. 46,6)— полосу толщиной |
от |
30 до 0,5 мм и шириной до 200 мм при скоростях до 0,67 м/с. Стан дуо-300 имеет рабочие валки диаметром 300 мм с длиной бочки 320 мм. Допустимое усилие прокатки составляет 1500 кН (150 Т). Привод стана осуществляется от двигателя мощностью 200 кВт, обеспечивающего регулирование скорости прокатки от 1 до 40 м/мин. Кроме того, в проспектах фирмы Ono Rolling Mill Согр. даны характеристики еще двух промышленных уста новок, изготовленных в Японии. Они предназначены для горя
чей прокатки |
при температуре |
до 1800° С в вакууме 1,33X |
ХЮ-3 Н/м2 |
(1 - ІО-5 мм рт. ст.) |
пли в атмосфере инертного |
газа. Одна из установок имеет комбинированный дуо-кварто стан с валками диаметром 320 и 80/250 мм соответственно и длиной бочки 350 мм, допустимое усилие прокатки 2000 кН (200 Т). Вторая установка предназначена для прокатки ленты со скоростью до 50 м./мин.
Приоритет в создании вакуумных прокатных станов при надлежит Советскому Союзу. Первый вакуумный прокатный стан (рис. 47) был создан в 1951 г. ФТИ АН УССР. В герме тизированной камере объемом 0,55 м3 размещалась рабочая клеть стана с валками диаметром 0,085 м и длиной бочки 0,15 м; мощность двигателя 1 кВт, скорость прокатки 0,108 м/с. Установка позволяла прокатывать образцы длиной до 0,2 м, толщиной 0,02 м в вакууме 6,65- ІО-4 Н/м2 (5- 10_6 мм рт. ст.).
Вакуумные прокатные станы такой конструкции имеют ряд существенных недостатков, в частности затрудняется смазка опорных подшипников, усложняется наблюдение за работой оборудования и его ремонт; для крупных рабочих клетей тре буется громоздкая вакуумная камера, поэтому станы такой
конструкции мало перспективны для промышленного приме нения.
Позднее этим же институтом была разработана другая кон струкция вакуумного стана, отличие которой состоит в том, что
Рис. 46. Установки для горячей про катки металлов в вакууме фирмы Опо Rolling Mill
Corp.:
а — стан |
127; |
б — стан |
300 |
б вакуумной камере размещены только прокатные валки, а все вспомогательные механизмы (опорные подшипники, нажимное’ устройство и др.) расположены вне вакуумной камеры. Помимо этого, вакуумная камера служит одновременно станиной рабочей
93
клети, па которой смонтировано нажимное |
устройство, |
опорные подшипники и др. Стан дуо реверсивный |
(рис. 48) |
имеет составные валки диаметром 0,2 м с длиной бочки 0,3 м. Валки приводятся во вращение от асинхронного двигателя мощ ностью 18 кВт через редуктор и шестеренную клеть, обеспечи вая скорость прокатки от 0,1 до 1,0 м/с. Наибольшее усилие прокатки 400 кН (40 Т). Оборудование позволяет нагревать образцы длиной 0,45 м в вакууме 6,65 • 10-3 Н/м2 (5 -ІО-5 мм
Рис. 47. Первый вакуум ный прокатным стам ФТИ АН УССР
рт. ст.) до температуры 1600° С. Предусмотрена возможность подогрева валков. Минимальная толщина прокатываемых ли стов 0,3 ■ІО-3 м.
Подобный стан, но несколько усовершенствованной конст рукции установлен в УкрНИИмет (рис. 49). Мощность двига теля стана увеличена до 28 кВт, размеры исходной заготовки 0,03X0,09X0,5 м; создана возможность перемещения нагрева тельной печи и вместо двух печей по линии прокатки установ лена одна, что облегчает проведение прокатки.
От рассмотренной выше существенно отличается конструк ция полупромышленного стана дуо-400, показанная на рис. 50. В вакуумной камере этого стана размещены только прокатные валки, и камера не связана со станинами рабочей клети.
Процесс прокатки осуществляется в следующей последова тельности. Заготовка, предназначенная для прокатки, подается на приводной рольганг приемного стола 1. Во время загрузки вакуумный затвор 3 открыт, а подвижная этажерка 5, предназ-
94
95
Рис. 50. Полупромышленный стан ДУО-400
каченная для накопления исходных заготовок перед прокаткой, устанавливается в крайнее нижнее положение. Заготовка с при емного стола подается по рольгангу 4 в верхнюю секцию эта жерки, после чего на уровень роликов рольганга поступает сле дующая секция II производится загрузка очередной заготовки. После заполнения этажерки вакуумный затвор 3 закрывается, в камере загрузки 6 создается необходимый вакуум, открыва ется вакуумный затвор 7 и рольганг 4 камеры 6 с помощью пневмоцилиндра 2 перемещается в крайнее переднее положение. Далее производится опускание этажерки, заготовка уклады вается на рольганг 4, с помощью которого подается в нагрева тельную камеру 10. В нагревательной камере заготовка подни мается подъемником 9 в рабочее пространство печн сопротивле ния. После этого закрываются экранирующие шторы 11 и производится нагрев заготовки в интервале температур 1000— 1700° С. После нагрева заготовки до заданной температуры шторы 11 открываются и подъемник 9 опускает заготовку на рольганг 8, который подает ее к прокатным валкам прокатного стана 12. Прокатанная полоса выдается на рольганг 14 камеры выгрузки (рис. 50). Все прокатанные полосы складываются на поддоне 15 подъемно-опускающегося стола 17 и охлаждаются до комнатной температуры.
По окончании прокатки рольганг 14 выдвигается пневмоци линдром 16 в крайнее правое положение и затвор 7 закры вается.
После охлаждения полосы открывается верхняя крышка ка меры выгрузки 13 и полосы извлекаются из камеры.
Одновременно с созданием новых вакуумных прокатных ста нов проводились работы по приспособлению действующих про катных станов для прокатки в вакууме и в среде инертного газа. К таким станам относится вакуумный прокатный стан, со зданный под руководством автора в Московском институте стали и сплавов. Вакуумный стан представляет собой единый комплекс вакуумного, прокатного и термического оборудования и позволяет проводить нагрев, прокатку и термическую обра ботку металлов, сплавов н биметаллов в вакууме и в инертных средах без нарушения непрерывности технологического про цесса. Схема прокатного стана и общий вид его представлены на рис. 51 и 52.
Прокатный стаи представляет собой одноклетевой дуо-ре- версивиый стан с валками диаметром 0,21 м и длиной бочки 0,34 м со станинами закрытого типа; допускаемое усилие про катки 1100 кН (ПО тс). Уравновешивающее устройство — пру жинное, привод нажимного устройства — электрический.
Привод стана осуществляется от электродвигателя постоян
ного тока мощностью 22 кВт с регулируемым числом |
оборотов |
||
в |
пределах 41,9—104,9 |
рад/с через двухступенчатый |
редуктор |
с |
передаточным числом |
і=13, редуктор с і= 6, шестеренную |
7 Заказ № 510 |
97 |
клеть и шпиндели. С передней и задней сторон рабочей клети стана имеются рольганги, которые заканчиваются столами с направляющими линейками.
По обе стороны рабочей клети расположены две вакуумные нагревательные печи, которые обеспечивают реверсивную про катку в несколько проходов с промежуточным подогревом по сле каждого прохода и термическую обработку прокатанных образцов. При этом одна из печей используется для нагрева пе ред прокаткой, а другая — для термической обработки.
Первая печь, расположенная с передней стороны стана, ори ентирована перпендикулярно линии прокатки п является высо котемпературной безмуфельной печью с молибденовым нагре вателем.
Максимальная температура в печи составляет 1650° С и плавно регулируется изменением напряжения, подаваемого на нагреватель печи, от 0 до 8 В. Печь питается от силового трансформатора, входное напряжение которого плавно изме няется автотрансформатором типа РОТ-40/05. Для измерения и автоматического регулирования температуры используют пла- тина-платинородиевые и вольфрамо-рениевые термопары.
98
Рис. 52. Общин вид вакуумного стана МИСнС-210
Форвакуумная камера печи снабжена кассетой, что создает возможность прокатывать несколько заготовок без развакуумнрованпя форкамеры.
Вторая печь расположена с задней стороны стана по линии прокатки. Нагреваемые образцы помещают в алундовый му фель с намотанной проволокой из нихрома или молибдена. За готовка в печи ориентирована по направлению продольной оси рольганга. Максимальная температура в печи составляет 1650° С.
Вакуумная система состоит из основной и пяти вспомога тельных. Насосы основной вакуумной системы стана позво ляют откачивать воздух из вакуумной камеры, в которую по мещена рабочая клеть, а также из печей, форвакуумных камер и бункера.
Основная вакуумная система состоит из: а) вакуумной ка меры, б) комплекса вакуумных насосов, в) соединительных тру бопроводов и вакуумных затворов.
Для изготовления вакуумных камер обычно используют стальной прокат из малоуглеродистой и нержавеющей стали. Стальной прокат отличается большой плотностью и низкой ад сорбционной способностью. Литые металлы, обладающие значи тельной пористостью, непригодны для изготовления вакуумных камер.
Вакуумные системы обычно создают из малоуглеродистых сталей, так как они хорошо свариваются, обрабатываются и
7 * I |
99 |
относительно недороги. Вакуумная камера 1 (см. рис. 51) стана МИСпС-210 (диаметром 1020) изготовлена из малоуглеродистой стали Ст. 2 толщиной 10 мм.
В комплекс вакуумных насосов входят высоковакуумный агрегат ВА-8-4 (5), бустерный насос БН-2000 (11) и механиче ский форвакуумный ротационный насос ВН -6.(/0). Вакуумная система стана позволяет получать в камере любое давление в интервале от атмосферного до минимального 1,33 -10-3 Н/м2 (1 ■ІО-5 мм рт. ст.).
Вакуумный прокатный стан позволяет прокатывать заго товки размером до 0,8X0,15X0,3 м. Подготовленные к- про катке заготовки загружают в кассету форвакуумной камеры печи № 1 (6) пли № 2 (14), в зависимости от условий про катки, после чего откачивают форкамеру насосами вспомога тельной вакуумной системы до остаточного давления, равного разрежению в нагревательной печи. Подающее устройство кас сеты поднимает верхний образец на уровень направляющей печи 4 или 12 и подает его толкателем 5 или 13 в нагреватель ную печь. После нагрева в печи заготовка по направляющей выдается толкателем на рольганг 8 пли 2, по которому посту пает в валки 3 стана.
Предусмотрена также, в случае необходимости, задача заго товки в валки непосредственно толкателем.
Прокатанная заготовка попадает на второй рольганг и по сле некоторого охлаждения подается в приемный бункер 7, на ходящийся в данный момент под вакуумом основной системы, где и охлаждается до комнатной температуры. Для выдачи заготовки из бункера его с помощью вакуумной задвижки ши берного типа отсоединяют от основной системы. После напуска воздуха откидывается крышка бункера и прокат извлекают на ружу. Для приема следующих заготовок крышку бункера з а крывают, насосами вспомогательной вакуумной системы откачи вают воздух из бункера до остаточного давления, равного раз режению основной системы, после чего открывается вакуумный затвор.
Температура в печах вакуумного прокатного стана МИСиС-210 регулируется автоматически. Установка для регу лирования температуры состоит из датчика (платина-платина- родиевой термопары), электронного потенциометра ЭПД-107 с трехпозиционным регулятором, блока-реле ППР-1, исполни тельного механизма — асинхронного электродвигателя, переме щающего катушку вторичной обмотки трансформатора РОТ-40/50.
Управляют температурой печи в три этапа: 1) задают на пряжение, соответствующее нужной температуре печи, 2) уста навливают интервал изменения напряжения с помощью конце вых выключателей и 3) автоматически поддерживают заданную температуру.
100
Напряжение задают на основании зависимости напряжение — температура для данной печи, переключая тумблер, имеющий три положения: «выше», «стоп» и «ниже». Тумблер через маг нитный пускатель управляет электродвигателем, который пере мещает вторичйую обмотку трансформатора «ручное управле ние». После установления интервала напряжения (вручную с помощью концевых выключателей) схему переключают на автоматическое регулирование, осуществляемое с помощью элек тронного потенциометра ЭПД-107 и приставки ППР-1. Автома тическое поддержание температуры печи достигается соответ ствующим понижением или повышением напряжения в за данных пределах. Световая ■сигнализация позволяет контролировать соответствие заданной температуры фактической.
В условиях прокатки в вакууме исключается возможность систематического измерения температуры заготовки обычными контактными методами непосредственно перед входом в очаг деформации. Вследствие этого на вакуумном прокатном стане МИСиС-210 выбран бесконтактный метод определения темпе ратуры заготовки с помощью фотоэлектрических пирометров типа ФЭП-4 (система ЦЛА). Измерительная установка состоит из головки пирометра, воспринимающей световой импульс и преобразующей его в электрический ток, усилителя тока, элек тронного потенциометра, показывающего и записывающего тем пературу.
Объективы головок пирометров направлены в окна, проре занные в крыше камеры. Головки пирометров крепятся к боко вой поверхности вакуумной камеры через систему шарниров, позволяющих регулировать угол наклона оптической оси го ловки. Это дает возможность измерять температуру в любой видимой в окно точке рольганга.
Взависимости от размеров заготовки и скорости прокатки температура автоматически записывается либо на быстродейст вующем электронном потенциометре БП-102, либо на светолу чевом 14-канальном осциллографе Н-700.
Многолетняя эксплуатация вакуумного прокатного стана МИСиС-210 показала устойчивую работу всех устройств, агре гатов и систем.
ВМИСиС на основе комплекса оборудования вакуумного прокатного стана МИСиС-210 был создан стан для изучения процессов поперечной прокатки тугоплавких металлов и спла
вов в вакууме. Завершается наладка нового трубопрошивного вакуумного стана.
Автором с сотрудниками разработана новая конструкция вакуумного стана (рис. 53), который может быть легко создан переоборудованием обычного прокатного стана.
Вакуумный стаи содержит станину 1 обычной конструкции, валки 11, универсальные и промежуточные шпиндели при вода, нажимной механизм. Вакуумная система рабочей клети
101