ПРОКАТНЫЙ СТАН

ПРОКАТНЫЙ СТАН машина для обработки
давлением металла и др. материалов между вращающимися валками, т. е. для
осуществления процесса прокатки; в более широком значении - автоматич.
система или линия машин (агрегат), выполняющая не только прокатку, но и
вспомогат. операции: транспортирование исходной заготовки со склада к нагреват.
печам и к валкам стана, передачу прокатываемого материала от одного калибра
к другому, кантовку, транспортирование металла после прокатки, резку на
части, маркировку или клеймение, правку, упакорку, передачу на склад готовой
продукции и др.



Историческая справка. Время и место
появления первого П. с. неизвестны. Бесспорно, что раньше прокатки железа
применяли прокатку цветных металлов - свинца, олова, меди, монетных сплавов
и др. Наиболее ранний документ (рисунок с описанием), характеризующий устройство
для прокатки олова, оставлен Леонардо да Винчи (1495). Примерно до кон.
17 в. привод П. с. был ручным, в 18 в.- водяным. Пром. прокатка железа
началась примерно с 18 в. В России она особенно широко развивалась на Урале.
П. с. применялись для произ-ва кровельного железа, плющения кричной заготовки
в полосу или лист, разделения откованной полосы по длине на более мелкие
профили квадратного или прямоугольного сечения (т. н. "резные" станы ).

В кон. 18 в. для привода П. с. начали применять
паровые машины; прокатка становится одним из трёх осн. звеньев производств.
цикла металлургич. з-дов, постепенно вытесняя менее производит. способ
ковки. К этому периоду относится пром. применение П. с. с калиброванными
валками, сконструированного в 1783 Г. Кортом (Великобритания); П.
с. постепенно дифференцируются на обжимные, листовые и сортоВыс. В 30 -
40-х гг. 19 в. в связи с бурным развитием жел. дорог в разных странах начинают
прокатывать рельсы. В 1856-57 в Сааре (Германия) был установлен первый
П. с., предназначенный для прокатки крупных балок. Развитие конструкций
и специализация этих станов привели к появлению в США в кон. 19 в. блюмингов
и слябингов. В 1867 Г. Бедсон (Великобритания) построил непрерывный
проволочный стан. В 1885 братья М. и Р. Маннесман (Германия) изобрели
способ винтовой прокатки бесшовных труб в П. с. с косо расположенными валками.
В 1886 В. Эденборн и Ч. Морган (США) применили быстроходную проволочную
моталку с осевой подачей. Первые летучие ножницы (конструкции В.
Эдвардса) установлены в 1892 в США. В 1897 для привода П. с. с успехом
применён электродвигатель (Германия). В 1906 в г. Тршинец (ныне Чехословакия)
пущен П. с. с реверсивным электродвигателем. Принцип непрерывной горячей
прокатки листов нашёл практич. применение в 1892 в г. Теплице (ныне Чехословакия),
где был установлен полунепрерывный стан. Первый непрерывный широкополосовой
(листовой) стан построен в 1923 в США. Начало холодной прокатки листов
относится к 80-м гг. 19 в.; холодная прокатка труб освоена в 1930 в США.

В СССР первым достижением станостроения
явилось сооружение Ижорским з-дом двух блюмингов, к-рые в 1933 введены
в эксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском металлургич. з-дах. В
1940-60-х гг. Всесоюзным н.-и. и проектно-конструкторским ин-том металлургич.
машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд П. с. для новых технологич. процессов,
обеспечивающих произ-во прокаткой мн. изделий, к-рые ранее изготовлялись
другими, менее эффективными способами (тонкостенные безрисочные трубы,
листы переменной толщины по длине, профили круглого периодич. сечения,
шары, втулки, винты с крупным шагом, ребристые трубы и др.). В 1959-62
ВНИИМЕТМАШем и Электростальским з-дом тяжёлого машиностроения созданы принципиально
новые трубные станы с бесконечным редуцированием труб (как при печной
сварке, так и при радиочастотной), а также станы для непрерывной прокатки
бесшовных труб (стан 30-102) производительностью на порядок выше по сравнению
с действующими (ок. 550 тыс. га/год). В эти же годы пущены разработанные
ВНИИМЕТМАШем, Н.-и. ин-том автомоб. пром-сти и Горьковским автомоб. з-дом
первые станы для прокатки цилиндрич. и конич. колес.

Рис. 1. Главная линия четырёхвалково-го
стана для прокатки листов: 1 - рабочая клеть; 2 - электродвигатель; 3 -
шестерённая клеть; 4 - шпиндель; 5- муфта.

В 60-е гг. в СССР, США, ФРГ и Италии начато
создание литейно-прокатных агрегатов, в к-рых совмещены процессы непрерывного
литья и прокатки в едином неразрывном потоке. Такие агрегаты уже получили
широкое применение для произ-ва катанки из алюминиевых и медных
сплавов, листов из алюминиевых сплавов и заготовок из стали.



Классификация и устройство прокатных
станов. Главный признак, определяющий устройство П. с.,- его назначение
в зависимости от сортамента продукции или выполняемого технологического
процесса. По сортаменту продукции П. с. разделяют на заготовочные, в т.
ч. станы для прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые,
сортовые, в т. ч. балочные и проволочные, трубопрокатные и деталепрокатные
(бандажи, колёса, оси и т. д.). По технологич. процессу П. с. делят на
след. группы: литейно-прокатные (агрегаты), обжимные (для обжатия слитков),
в т. ч. слябинги и блюминги, реверсивные одноклетевые, тандемы, многоклетевые,
непрерывные, холодной прокатки. Размер П. с., предназначенного для прокатки
листов или полос, характеризуется длиной бочки валков, для заготовки или
сортового металла - диаметром валков, а трубопрокатного стана - наружным
диаметром прокатываемых труб.

Оборудование П. с., служащее для деформации
металла между вращающимися валками, наз. основным, а для выполнения прочих
операций - вспомогательным. Основное оборудование состоит из одной или
неск. главных линий, в каждой из к-рых располагается 3 вида устройств (рис.
1): рабочие клети (одна или несколько) - к ним относятся прокатные валки
с подшипниками, станины, установочные механизмы, плитовины, проводки; электродвигатели
для вращения валков; передаточные устройства от электродвигателей к прокатным
валкам, состоящие б. ч. из шестерённой клети, шпинделей и муфт. Между шестерённой
клетью и электродвигателем часто устанавливают ещё редуктор. Если каждый
валок имеет свой электродвигатель, передаточные устройства состоят лишь
из шпинделей. Наибольшее распространение получили станы с горизонтальными
валками: двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые (кварто)
и многовалковые (рис. 2). Для обжатия металла по боковым поверхностям используют
клети с вертикальными валками, наз. эджерами. Станы, у к-рых вблизи
горизонтальных валков расположены вертикальные, наз. универсальными. Они
служат для прокатки широких полос и двутавровых балок с широкими полками.
В станах винтовой прокатки валки располагаются в рабочей клети косо - под
углом подачи. Такие станы применяют для прокатки труб, осей, шаров и т.
д. Число и расположение рабочих клетей П. с. определяются его назначением,
требуемым числом проходов металла между валками для получения данного профиля
и заданной производительностью. По этому признаку П. с. подразделяются
на 8 типов (рис. 3). К одноклетевым станам относится большинство блюмингов,
слябинги, шаропрокатные станы, станы для холодной прокатки листов, ленты
и труб. В случае, когда в одной рабочей клети не удаётся расположить необходимое
число калибров (см. Калибровка прокатных валков) или когда требуется
высокая производительность, применяют станы с неск. рабочими клетями. Наиболее
совершенный многоклетевой стан - непрерывный, в к-ром металл одновременно
прокатывается в неск. клетях (рис. 4). Непрерывные станы служат для горячей
прокатки заготовки, полос, сортового металла, проволоки, труб, а также
для холодной прокатки листов, жести, ленты и др. профилей.

Рис. 2. Схема расположения валков в
рабочей клети прокатного стана: а - двухвалкового; б - трёхвалкового; в
- четырёхвалкового; г - шестнвалкового; д - двенадцативалкового; е - двадцативалкового;
ж - универсального.

Рис. 3. Схемы расположения рабочих клетей
прокатного стана: 1 - одноклетевого; 2 - линейного; 3 - сдвоенного; 4 -
ступенчатого; 5 - непрерывного (а - с групповым приводом, б - с индивидуальным);
6 - полунепрерывного; 7 - последовательного ("кросс-коунтри"); 8 - шахматного.

Рис. 4. Непрерывный широкополосовой
стан горячей прокатки.

Скорости прокатки весьма различны и зависят
гл. обр. от требуемой производительности П. с., сортамента прокатываемой
продукции и технологич. процесса. У обжимных, заготовочных, толстолистовых,
крупносортных станов скорость прокатки ок. 2-8 м/сек. Наибольшие
скорости характерны для непрерывных станов; при прокатке сортового металла
10-20 м/сек; полосового 25 - 35 м/сек; проволоки 50-70
м/сек; при холодной прокатке жести 40 м/сек. Данные о производительности,
мощности приводов и массе оборудования нек-рых П. с., получивших наибольшее
распространение в СССР для произ-ва горячекатаной стали, приведены в таблице.

Заготовочные станы строятся двух типов
в зависимости от исходного материала - слитков, отлитых в изложницах, или
непрерывно-литых заготовок. В первом случае заготовочный стан одновременно
является также обжимным станом. Типичные представители таких станов - слябинг,
когда требуется плоская заготовка крупных сечений (слябы), и блюминг с
установленным за ним собственно заготовочным непрерывным станом, если требуется
прокатывать заготовку для сортовых или трубопрокатных станов. За последней
клетью этих станов находятся летучие ножницы для разрезки заготовки на
куски требуемой длины или пилы и стеллажи для разрезки, охлаждения и осмотра
заготовки. При использовании непрерывно-литой заготовки заготовочный стан
устанавливается рядом с машиной для непрерывного литья в целях использования
тепла неостывшего металла. Нек-рые заготовочные станы выполнены так, чтобы
литая заготовка поступала из кристаллизатора в валки непрерывного стана
без разрезки, т. е. в этом случае осуществляется прокатка заготовки бесконечной
длины и деление её на куски требуемой длины летучими ножницами или пилами
при выходе из валков стана.

Листовые и полосовые станы горячей прокатки
предназначены для получения плит толщиной 50 -350 мм, листов толщиной
3-50 мм и полос (сматываемых в рулоны) толщиной 1,2-20 мм. Толстолистовые
станы обычно состоят из 1-2 клетей дуо и кварто с длиной бочки валков 3500
- 5500 мм (см. рис. 1), иногда с установленными перед ними дополнит.
клетями, имеющими вертикальные валки для обжатия боковых кромок. Для прокатки
полос наибольшее применение получили широкополосовые непрерывные или полунепрерывные
станы, состоящие из 10 - 15 клетей кварто с длиной бочки валков 1500-2500
мм и неск. клетей с вертикальными валками. Весь прокатываемый материал
сматывается в рулоны по 15-50 т. Эти станы значительно более производительны,
чем толстолистовые, поэтому они используются также и для прокатки толстых
листов (4-20 мм), к-рые изготовляются путём разматывания рулонов
и их последующей разрезки. Со стороны выхода прокатанного металла из валков
устанавливаются выходные рольганги и большое количество др. вспомогат.
оборудования для последующей обработки проката и его транспортирования:
у толстолистовых станов - правильные машины, ножницы, печи для термич.
обработки и т. д., а у широкополосовых станов - моталки для сматывания
полос в рулоны, конвейер для транспортирования рулонов и оборудование для
разматывания рулонов, их правки и разрезки на карточки (листы).

Краткая характеристика основных станов
для горячей прокатки стали

Сортовые станы весьма разнообразны по своей
характеристике и расположению оборудования. Осн. типы: универсальные станы
для прокатки широкополочных балок, состоящие обычно из 3 или 5 клетей,
расположенных последовательно одна за другой, из к-рых 2 или 3 клети универсальные,
с горизонтальными валками диаметром ок. 1350 мм, а 1 или 2 - дуо,
с валками диаметром ок. 800 мм; рельсо-балочные станы ступенчатого
типа из двух или неск. линий с рабочими клетями трио и дуо и валками диаметром
ок. 800 мм; крупносортные станы ступенчатого и полунепрерывного
типа из двух или неск. линий с рабочими клетями трио и дуо и валками диаметром
ок. 650 мм; среднесортные станы ступенчатого типа в 2 или 3 линии,
полунепрерывные и непрерывные; мелкосортные станы, б. ч. непрерывные или
полунепрерывные; узкополосовые станы непрерывные; проволочные станы непрерывные.

Для произ-ва проволоки из алюминиевых и
медных сплавов наиболее эффективны литейно-прокатные станы, в к-рых осуществляется
непрерывный процесс получения проволоки из жидкого металла. Вначале происходит
кристаллизация бесконечного слитка между ободом вращающегося колеса и обтягивающей
его стальной лентой, а затем прокатка его на непрерывном стане. Производительность
стана 5-8 т/ч (рис. 5).

Сортовые станы, как и листовые, имеют разнообразное
вспомогат. оборудование, установленное по движению потока прокатываемого
металла и выполняющее в общем ритме, без участия ручного труда, все вспомогательные
технологич. и трансп. операции, начиная с выдачи со склада исходной заготовки
и кончая передачей проката на склад готовой продукции.

Трубопрокатные агрегаты состоят обычно
из 3 станов. Первый стан производит прошивку отверстия в заготовке или
слитке методом винтовой прокатки, второй служит для вытяжки прошитой заготовки
в трубу и третий - для калибровки (редуцирования), т. е. уменьшения диаметра
прокатанной трубы. Конструкция трубопрокатных агрегатов определяется гл.
обр. выбранным технологич. процессом второго стана, т. е. вытяжного. Наиболее
производительным является непрерывный стан; находят применение также станы
дуо, работающие на короткой оправке, пилигримовые и трёхвалковые винтовой
прокатки.

Станы холодной прокатки стали и цветных
металлов изготовляются след. типов: листовые - для штучной прокатки; листовые
широкополосовые - для рулонной прокатки; лентопрокатные - для прокатки
ленты толщиной от 1 мкм до 4 мм и шир. от 20 до 600 мм,
сматываемой после прокатки в бунты или рулоны; фольгопрокатные- для
прокатки полосы толщиной менее 0,1 мм; плющильные - для обжатия
проволоки в узкую ленту; станы для холодной прокатки труб. При рулонной
прокатке полос с обеих сторон рабочей клети устанавливаются намоточно-натяжные
барабаны - моталки, к-рые служат для разматывания рулонов перед подачей
металла в валки и сматывания при выходе из валков. Наиболее производит.
листовые станы - непрерывные; они также выгоднее в отношении использования
моталок и др. вспомогательного оборудования. Моталки у непрерывных станов
располагаются только сзади, а спереди находятся механизмы для подачи рулонов,
разматывания их и направления металла в валки первой рабочей клети.

Деталепрокатные станы работают в основном
на принципе поперечной и винтовой прокатки и служат для производства точных
заготовок деталей машиностроения - круглых периодич. валов, шаров, винтов,
ребристых труб, зубчатых колёс, а также инструмента - червячных фрез, свёрл
и др. Эти станы разнообразны по конструкции и характеризуются высокой степенью
механизации и автоматизации.

Рис. 5. Литейно-прокатный агрегат для
производства алюминиевой проволоки: 1 - роторный кристаллизатор; 2 - непрерывный
стан с трёхвалковыми рабочими клетями; 3 - летучие ножницы; 4 - моталка
с поочерёдным сматыванием двух бунтов без остановки процесса; 5-сечение
бесконечного слитка; 6 - сечения прокатываемого изделия после первой и
последующих клетей стана.



Оборудование прокатных станов. Конструкция
осн. деталей и механизмов П. с., несмотря на их различное назначение и
многообразие, во мн. случаях одинакова. Главные элементы рабочей клети
- валки прокатные, подшипниковые узлы, механизмы для установки валков,
станина, шпиндели, муфты и проводки.

Подшипники прокатных валков работают при
очень больших нагрузках, доходящих на нек-рых станах до 30 - 60 Мн (3000-6000
тс) на валок. Возможные габариты их ограничиваются диаметром валков.
Подшипники (качения или жидкостного трения) устанавливаются в массивных
корпусах, наз. подушками, которые располагаются в проёмах станины.

Станина рабочей клети воспринимает все
усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной
- до 60-120 т и более. Материал станины - стальное литьё с 0,25-0,35% С.
Станина устанавливается на фундаментных стальных плитах (плитовинах), к-рые
прикрепляются болтами к бетонному или железобетонному фундаменту. Для сортовых
станов получают распространение предварительно напряжённые рабочие клети,
в к-рых повышение жёсткости достигается не увеличением массивности станины,
а с помощью спец. стяжных механизмов.

Передача вращения прокатным валкам производится
посредством универсальных шпинделей с шарнирами Гука (см. рис. 1).

Вспомогательное оборудование П. с. предназначено
для подачи металла от нагреват. устройств к приёмному рольгангу стана (слитковозы),
поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования
металла в соответствии с технологич. процессом (рольганги или транспортёры),
перемещения металла вдоль валка для подачи его в соответствующий 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.

Электрооборудование П. с. характеризуется
большими мощностями и размерами гл. приводов (мощность одного электродвигателя
доходит до 6-7 Мвт и более, а общая мощность - до 200-300 Мвт),
сложностью систем управления электроприводами, вызываемой гл. обр.
необходимостью автоматич. регулирования в широких пределах скорости большинства
машин П. с.

Смазочное оборудование П. с. обеспечивает
бесперебойную автоматич. подачу смазки ко всем трущимся деталям механизмов,
а в станах для прокатки цветных металлов и холодной прокатки стали - также
подачу технологич. смазки к рабочей поверхности прокатных валков. Смазочные
системы обычно располагаются в спец. подвалах.

Автоматика крупных П. с. состоит из ряда
объединённых локальных систем для управления всем ходом технологии, процесса,
начиная от подачи исходного материала на склад и со склада и кончая поступлением
проката на склад готовой продукции и погрузкой его в вагоны. Каждая локальная
система имеет многочисл. и разнообразные приборы-датчики, собирающие и
передающие информацию о ходе технологич. процесса, в т. ч. о темп-ре металла,
давлении металла на валки П. с., параметрах обрабатываемого материала,
в частности о размерах прокатываемого профиля, его положении и характере
перемещения. Вся эта информация поступает в вычислит. машины локальных
систем, где перерабатывается, после чего выдаются команды для управления
машинами и механизмами П. с., относящимися к данной локальной системе,
а также информация общей вычислит. машине, объединяющей локальные системы,
для соответствующей корректировки работы машин и механизмов др. участков
П. с., управляемых остальными локальными системами. Одна из гл. задач автоматизации
(и экономически наиболее выгодная) - автоматизация регулирования размеров
прокатываемого профиля, осуществляемая путём соответствующего автоматич.
изменения междувалкового пространства на основании показаний непрерывно
действующего измерителя размеров профиля. Благодаря этому резко повышается
точность размеров профиля, в связи с чем снижается поле допусков, повышается
качество металла, снижаются удельные расходы металла. Особенно большой
эффект достигается при произ-ве тонколистовой продукции.

Успешное решение этой задачи стало возможным
благодаря использованию вычислит. техники, т. к. обычные адаптивные системы
(самоприспосабливающиеся системы) вследствие высоких скоростей прокатки
(ок. 30-40 м/сек) не обеспечивают своевременную корректировку междувалкового
пространства.

Большой экономич. эффект даёт также автоматизация
контроля качества готового проката и нанесения защитных покрытий. П. с.
в связи с непрерывностью процесса и выпуском однотипной продукции в больших
количествах имеют все необходимые предпосылки, чтобы быть одними из первых
полностью автоматизированных . : промышленных объектов.

О производстве П. с. см. в ст. Станостроение.

Лит.: Прокатное производство. Справочник,
под ред. Е. С. Рокотяна,, т. 1 - 2, М., 1962; Королев А. А., Прокатные
станы и оборудование прокатных цехов. (Атлас), М., 1963; его же, Механическое
оборудование прокатных цехов, 2 изд., М., 1965; Специальные прокатные станы,
под ред. А. И. Целикова, М., 1971; Целиков А. И., ЗюзинВ. И., Современное
развитие прокатных станов, М., 1972; Tribology in iron and steel works,
L., 1970. А. И. Целиков.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я