Основное и вспомогательное оборудование прокатного стана: виды и назначение

Прокатный стан - это машина или автоматизированная система, предназначенная для обработки металла и других материалов давлением между вращающимися валками. Помимо самой прокатки, стан выполняет вспомогательные операции, такие как транспортировка заготовок, кантовка, резка, маркировка, правка и упаковка готовой продукции.

Прокатный стан на старинной гравюре

История развития прокатных станов

Время и место появления первого прокатного стана точно не установлены. Известно, что прокатка цветных металлов применялась раньше, чем прокатка железа. Первое известное описание устройства для прокатки олова было сделано Леонардо да Винчи в 1495 году.

Примерно до конца XVII века привод прокатных станов был ручным, а в XVIII веке - водяным. Промышленная прокатка железа началась в XVIII веке и широко развивалась на Урале. В конце XVIII века для привода прокатных станов начали использовать паровые машины, что сделало прокатку одним из основных звеньев производственного цикла металлургических заводов.

В 1867 году Г. Бедсон построил непрерывный проволочный стан, а в 1885 году братья Маннесман изобрели способ винтовой прокатки бесшовных труб. В 1897 году для привода прокатных станов был успешно применен электродвигатель.

В СССР первым достижением стало сооружение Ижорским заводом двух блюмингов, введенных в эксплуатацию в 1933 году. В 1940-60-х годах был создан ряд прокатных станов для новых технологических процессов, обеспечивающих производство прокаткой многих изделий, ранее изготавливаемых другими способами.

Классификация прокатных станов

Главный признак, определяющий устройство прокатного стана, - его назначение в зависимости от сортамента продукции или выполняемого технологического процесса.

По сортаменту продукции прокатные станы разделяют на:

• Заготовочные (для прокатки слябов и блюмов)
• Листовые и полосовые
• Сортовые (в том числе балочные и проволочные)
• Трубопрокатные
• Деталепрокатные (для бандажей, колёс, осей и т.д.)

По технологическому процессу прокатные станы делят на следующие группы:

• Литейно-прокатные (агрегаты)
• Обжимные (для обжатия слитков), в том числе слябинги и блюминги
• Реверсивные одноклетевые
• Тандемы
• Многоклетевые
• Непрерывные
• Холодной прокатки

Размер прокатного стана для листов или полос характеризуется длиной бочки валков, для заготовки или сортового металла - диаметром валков, а для трубопрокатного стана - наружным диаметром прокатываемых труб.

Основное и вспомогательное оборудование прокатных станов

Оборудование, служащее для деформации металла между вращающимися валками, называют основным, а для выполнения прочих операций - вспомогательным.

Схема прокатного стана

Основное оборудование

Основное оборудование состоит из одной или нескольких главных линий, в каждой из которых располагаются:

1. Рабочие клети:
   • Прокатные валки с подшипниками
   • Станины
   • Установочные механизмы
   • Плитовины
   • Проводки
2. Электродвигатели для вращения валков
3. Передаточные устройства от электродвигателей к прокатным валкам:
   • Шестерённая клеть
   • Шпиндели
   • Муфты

Между шестерённой клетью и электродвигателем часто устанавливают редуктор. Если каждый валок имеет свой электродвигатель, передаточные устройства состоят только из шпинделей.

Наибольшее распространение получили станы с горизонтальными валками: двухвалковые (дуо), трёхвалковые (трио), четырёхвалковые (кварто) и многовалковые.

Для обжатия металла по боковым поверхностям используют клети с вертикальными валками, называемые эджерами. Станы, у которых вблизи горизонтальных валков расположены вертикальные, называются универсальными и 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 определяются назначением стана, требуемым числом проходов металла между валками и заданной производительностью. По этому признаку станы подразделяются на 8 типов. 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 или когда требуется высокая производительность, применяют станы с несколькими рабочими клетями. Наиболее совершенный многоклетевой стан - непрерывный, в котором металл одновременно прокатывается в нескольких клетях.

Непрерывные станы служат для горячей прокатки заготовки, полос, сортового металла, проволоки, труб, а также для холодной прокатки листов, жести, ленты и др.

Скорости прокатки весьма различны и зависят главным образом от требуемой производительности, сортамента прокатываемой продукции и технологического процесса. У обжимных, заготовочных, толстолистовых, крупносортных станов скорость прокатки около 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.

Вспомогательное оборудование

К вспомогательному оборудованию относятся транспортные рольганги, пилы, ножницы, моталки, правильные машины, зачистные устройства и другое оборудование, необходимое для выполнения технологических и транспортных операций, начиная с выдачи заготовки со склада и заканчивая передачей готового проката на склад готовой продукции.

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 обжимным. Типичные представители таких станов - слябинг (для плоских заготовок - слябов) и блюминг (для квадратных заготовок - блюмов) с установленным за ним непрерывным станом. За последней клетью этих станов находятся летучие ножницы для разрезки заготовки или пилы и стеллажи для резки, охлаждения и осмотра заготовки.

При использовании непрерывно-литой заготовки заготовочный стан устанавливается рядом с машиной для непрерывного литья.

Листовые и полосовые станы

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, иногда с установленными перед ними дополнительными клетями с вертикальными валками для обжатия боковых кромок.

Для прокатки полос наибольшее применение получили широкополосные непрерывные или полунепрерывные станы, состоящие из 10-15 клетей кварто с длиной бочки валков 1500-2500 мм и нескольких 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), которые изготовляются путём разматывания рулонов и их последующей разрезки.

Сортовые станы

Сортовые станы весьма разнообразны по своей характеристике и расположению оборудования. Для производства проволоки из алюминиевых и медных сплавов наиболее эффективны литейно-прокатные станы, в которых осуществляется непрерывный процесс получения проволоки из жидкого металла.

Трубопрокатные агрегаты

Процесс производства бесшовных труб на прокатном стане

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.

Станы холодной прокатки

Станы холодной прокатки стали и цветных металлов изготовляются следующих типов: листовые (для штучной прокатки), листовые широкополосные (для рулонной прокатки), ленто-прокатные (для прокатки ленты), 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, которые служат для разматывания рулонов перед подачей металла в валки и сматывания при выходе из валков.

Деталепрокатные станы

Деталепрокатные станы работают в основном на принципе поперечной и винтовой прокатки и служат для производства точных заготовок деталей машиностроения - круглых периодических валов, шаров, винтов, ребристых труб, зубчатых колёс, а также инструмента - червячных фрез, свёрл и др.

Основные элементы рабочей клети

Главные элементы рабочей клети:

• Валки прокатные
• Подшипниковые узлы
• Механизмы для установки валков
• Станина
• Шпиндели
• Муфты
• Проводки

Подшипники прокатных валков работают при очень больших нагрузках, доходящих на некоторых станах до 30-60 Мн на валок. Станина рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной - до 60-120 т и более. Материал станины - стальное литьё.

Автоматизация прокатных станов

Автоматика крупных станов состоит из ряда объединённых локальных систем для управления всем ходом технологического процесса, начиная от подачи исходного материала на склад и со склада и кончая поступлением проката на склад готовой продукции и погрузкой его в вагоны.

Одна из главных задач автоматизации - автоматизация регулирования размеров прокатываемого профиля, осуществляемая путём соответствующего автоматического изменения междувалкового пространства на основании показаний непрерывно действующего измерителя размеров профиля. Благодаря этому резко повышается точность размеров профиля, снижается поле допусков, повышается качество металла и снижаются удельные расходы металла.

Производительность, мощность и масса оборудования прокатных станов

Данные о производительности, мощности приводов и массе оборудования некоторых прокатных станов, получивших наибольшее распространение для производства горячекатаной стали, приведены в таблице.

Тип стана	Сортамент проката	Производительность, тыс. т/год	Мощность главного двигателя, кВт	Масса оборудования, т
Блюминг	Блюмы	2000-4000	6000-8000	5000-8000
Слябинг	Слябы	3000-5000	8000-12000	6000-10000
Широкополосный непрерывный	Полосы толщиной 1,5-12 мм, шириной до 2500 мм	2000-6000	40000-80000	30000-60000
Крупносортный полунепрерывный	Круглая сталь диаметром 50-120 мм, балки от № 10 до № 20 и др.	600	16000	7200