Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Учебник для вузов. т.3

Целиков А. И., Полухин П. И., Гребеник В. М

Металлургия, 1988 г.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯПРОКАТНЫХ СТАНОВ

Технологический процесс получения готовой прокатной продукции — завершающая стадия металлургического производства 1. В прокатные цехи металлургического завода поступает большая часть всей стали (свыше 80 %), выплавляемой в сталеплавильных цехах и превращаемой в непрерывнолитые заготовки (на машинах непрерывного литья) или в слитки. Для производства проката построены прокатные и трубные цехи различного назначения, в которых установлены многочисленные типы станов.

Прокатный стан — это комплексмашин и агрегатов, предназначенный для осуществления пластической деформацииметалла в валках (собственно прокатки) и его дальнейшей обработки, т. е. резки, правки, зачистки, упаковки и т. д. В прокатных цехах располагают также агрегаты для отделки проката—его термической обработки, нанесения защитных покрытий на поверхностьметалла и др., необходимые для выпуска готовой продукции высокого качества, которая характеризуется не только формой поперечного сечения прокатываемого профиля, но и физико-механическими свойствами металла, состояниемповерхностипроката и др.

Технологический процесс современного прокатного производства состоит из двух стадий: получение полупродукта (заготовки) и готовой продукции (готового проката). На рис. 1.1 показана технологическая схема прокатного производства.

I. СОРТАМЕНТ ПРОКАТНОЙ ПРОДУКЦИИ

Прокатную продукцию в зависимости от формы поперечного сечения можно разделить на четыре основные группы: листовой прокат; сортовой прокат; трубы; специальные профили (точные заготовки для машиностроения, гнутые профили и др.).

Листовой прокат по толщине подразделяют на толстолистовую сталь (толщиной 4 мм и выше) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). В зависимости от способапрокатки тонколистовую сталь делят на горяче- и холоднокатаную.

Одним из основных параметров качества листовой стали является точность размеровпрокатки по толщине. Государственными стандартами предусмотрены три категории точности — нормальная, повышенная и высокая, для каждой из которых в зависимости от толщины листового проката оговорены допускаемые отклонения по толщине.

В зависимости от формы поперечного сечения сортовой прокат подразделяют на простые и фасонные профили. Простые профили имеют форму круга, квадрата и полосы. Фасонные профили имеют сечения сложной формы. Фасонные горячекатаные профили в зависимости от их назначения подразделяют на профили общего (рис. 1.2, а) и специального (рис. 1.2, б) назначения.

К фасонным профилям общего назначения относят квадрат {1), круг (2), полосовую сталь {3), шестигранник (4), неравнобокие (5) и равнобокие (6) уголки, швеллеры (7), двутавровые балки (8) и зетовый профиль (9). К фасонным профилям специального назначения относят прокат сложного поперечного сечения: зето-образный профиль (/); рессорный желобчатый профиль (2); шпунтовая свая (3); профиль для шахтных креплений (4); профиль для автоободов (5); профиль для тракторных шпор (6); трехгранный профиль (7); клиновой профиль (8); овальный профиль (9); ромбический профиль {10).

Сортовой прокат может быть разделен на виды: сталь крупносортная, среднесортная, мелкосортная и катанка.

В группу сортового проката входят также балки, рельсы, штрипсы. Все профили и типоразмеры поставляют по соответствующим стандартам.

Трубы подразделяют на две группы: бесшовные и сварные. В настоящее время производят также фасонные трубы и трубы переменного сечения. Переменными по длине трубы могут быть диаметр и толщина стенки (отдельно и одновременно). Выпускают также тонкостенные, особо тонкостенные, прецизионные, капиллярные и другие трубы из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей, а также трубы высокой точности из шарикоподшипниковой стали.

Наряду с ростом производства проката постоянно увеличивается выпуск его экономичных профилей. Тонколистовой прокат, особенно холоднокатаный, является одним из наиболее экономичных видов металлопродукции.

Значительно увеличивается производство коррозионностойкой листовой, трансформаторной и двухслойной сталей, а также расширяется производство листовой стали с покрытиями и термо-упрочненного проката.

Производство тонкостенных (в том числе облегченного типа) и широкополочных балок обеспечивает большую экономию металла (до 25 %). Осваивается производство фасонных профилей (угловая и тавровая сталь, швеллеры и др.) с толщиной стенки 3—3,5 мм для строительной промышленности. Кроме облегчения конструкций, применение этих профилей в строительстве дает возможность осуществлять более совершенные конструктивные решения.

Благодаря непрерывности процессапрокатку выгодно применять не только для изготовления листов, различных профилей и труб, имеющих постоянное сечение по длине изделия, но и для производства тел вращения, приближающихся по форме и размерам к различным деталям машин. На специализированных прокатныхстанах освоена прокатка круглых периодических профилей (осей, валов и др.), коротких тел вращения (шаров, роликов, втулок), крупномодульных зубчатых колес, сверл и ряда других профилей. Прокатныестаны такого типа установлены как на металлургических заводах, так и на машиностроительных предприятиях.

Фасонные прецизионные профили (профили высокой точности специального назначения) получают горячей и холодной прокаткой и волочением на станах, установленных на металлургических и машиностроительных заводах.

Процесс профилирования листового проката обеспечивает производство гнутых профилей на станах при сокращении или полном исключении операций сварки, соединенияболтами или заклепками.

Гнутые профили, изготовляемые из листа и ленты толщиной 0,2—20 мм, широко применяют в разных отраслях промышленности и для бытовых целей (элементов строительных конструкций и машин, оконных переплетов, дверей, витрин). По сравнению с горячекатаными гнутые профили обеспечивают большую точность, имеют меньшую толщину, могут иметь закрытую форму, которую невозможно получить прокаткой (рис. 1.3).

Для различных отраслей машиностроения широко производят периодические прокатные профили, которые обеспечивают значительную экономию металла (20—30 %), резко снижают трудоемкость изготовления деталей и повышают производительность ковочных машин.

2. НАЗНАЧЕНИЕ, ТИПЫ МАШИН И АГРЕГАТОВ ПРОКАТНЫХ ЦЕХОВ

Машины и агрегаты прокатного цеха можно разделить на две группы: машины и механизмы главной линии прокатного стана (рис. 1.4) и машины и агрегаты поточных технологических линий цеха.

Основным рабочим органом (технологическим инструментом) прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях. Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства. машины и механизмы, предназначенные для вращения валков, а также для восприятия возникающих при пластической деформацииметаллаусилий и крутящих моментов, составляют главную линию прокатного стана (см. рис. 1.4).

Машины и механизмы главной линии прокатного стана состоят из рабочей клети 1, передаточных механизмов 2, 4, 5, 6 и 7 и главного электродвигателя 3.

Рабочая клеть 1 является основным устройством прокатного стана, так как в ней осуществляется собственно прокатка (пластическая деформация) металла. клеть представляет собой две массивные стальные литые станины 12, установленные на плито-вины 13, прикрепленные к фундаменту анкерными болтами 14. В станинах смонтированы подушки с подшипниками и валками 9, 10 и 11, а также устройства для перемещения верхнего валка по высоте и его осевой фиксации, направляющие проводки для металла и др.

Прокатные валки выполняют основную операциюпрокатки — деформацию (обжатие) металла и придание ему требуемых размеров и формы поперечного сечения. В процесседеформацииметалла вращающиеся валки воспринимают усилие, возникающее при прокатке, и передают его на подшипники и другие детали рабочей клети стана.

Валок состоит из трех основных элементов (рис. 1.5, а): рабочей части — бочки валка (диаметром D и длиной L), которая при прокатке непосредственно соприкасается с деформируемым металлом; опорной части — шеек (диаметром dm и длиной расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники валка; приводного конца валка. валки сортового стана характеризуются рабочим диаметром Dp, диаметромбуртов D6 и номинальным диаметром DB. При вращении валков, осуществляемом с помощью универсальных шпинделей, приводной конец валка делают в виде плоской лопасти (вилки) или цилиндрическим для насадки на него (на шпонке) втулки с лопастью. При вращении валка с помощью трефовых шпинделейприводной конец (в этом случае его часто называют трефом) имеет вид крестовины и служит для соединения валка со шпинделем через промежуточную трефовую муфту.

Прокатные валки можно разделить на две основные группы: листовые и сортовые.

Валки листовых станов служат для прокатки листов, полос и ленты. Бочка этих валков имеет цилиндрическую форму и иногда их называют гладкими. При обточке на вальцетокарном станкебочку валков для горячей прокатки тонких листов часто делают немного вогнутой с таким расчетом, чтобы при прокатке горячего металла и большом разогреве при этом средней части валков Бочка их стала цилиндрической. Тогда толщина прокатанного листа будет одинаковой по всей его ширине. Наоборот, бочку валков для холодной прокатки тонких листов делают немного выпуклой: при прокатке вследствие большого изгибасредней части валков по сравнению с крайними его частями образующая бочки в контакте с прокатываемым металломстанет цилиндрической, и в этом случае прокатанный лист также будет правильных геометрических размеров по всей ширине.

Валки сортовых станов служат для прокатки заготовок и сортового профильного металла. На поверхностибочки этих валков есть углубления, соответствующие профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями (ручьи двух валков с зазором между ними образуют калибры), а валки — ручьевыми (калиброванными) (рис. 1.5, б).

Передаточные механизмы и устройства в зависимости от назначения и конструкции прокатного стана могут быть различными. На крупных станах (обжимных, толстолистовых), а также на станах, прокатывающих металл с большой скоростью, применяют индивидуальный Привод рабочих валков от отдельных электродвигателей: в этом случае передаточным устройством являются универсальные шпиндели 2, промежуточные валы 15 и муфты (см. рис. 1.4, а).

На других станах предусмотрен общий Привод рабочих валков от шестеренной клети 4 с передаточным числом i = 1* в этом случае между электродвигателем и рабочей клетью в одну линию расположены моторная муфта 6, шестеренная клеть 4 и универсальные шпиндели 2 с устройством для их уравновешивания 8 (см. рис. 1.4, б). Если частота вращения электродвигателя не соответствует частоте вращения валков, то в линиипривода валков устанавливают редуктор 5 и коренную зубчатую муфту 7 (см. рис. 1.4, е).

Главный электродвигатель прокатного стана является двигателем специального (металлургического) типа с воздушным продуваемым охлаждением. Для станов с постоянной скоростьюпрокатки (черновых клетей непрерывных станов) применяют синхронные (реже асинхронные) электродвигатели. Для станов с регулируемой скоростьюпрокатки используют электродвигатели постоянного тока большой мощности (5—7 тыс. кВт), питаемые от специальных машинных или тиристорных преобразователей в ряде случаев от ртутных выпрямителей.

Машины и агрегаты поточных технологических линий прокатного цеха, не входящие в главные линии станов, предназначены для подачиметалла от печи или нагревательных колодцев к приемному рольгангустана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования металла в соответствии с технологическим процессом (рольганги или транспортеры), передвижения металла вдоль бочки валков для задачи его в соответствующий калибр (манипуляторы), поворота металла относительно его продольной оси (кантователи), охлажденияметалла (холодильники), травленияметалла (травильные установки), разматывания рулонов (разматыватели), сматывания полосы в рулон или проволоки в бунт (моталки), резкиметалла (ножницы и пилы), для отделкиметалла (правки и дрессировки, клеймения, укладки, промасливания, упаковки и других процессов).

Эти машины и агрегаты весьма разнообразны; общая масса их значительно превышает массумашин и механизмов, входящих в главные линии стана

Машины и агрегатыпрокатных цехов работают в тяжелых условиях больших статических и динамических нагрузок, высоких температур и интенсивного износа. Вследствие этого прокатныестаны должны обладать высокой надежностью.