Эволюция процесса

Прогресс в получении металлов и сплавов, особенно в металлургии железа, стимулировал развитие процессов обработки металлов давлением - прокатки, волочения, прессования, ковки и чеканки.

На технику прокатки оказало огромное влияние распространение пудлингования. Лишь после изобретения пудлингования, когда вместо малопроизводительной техники ковки крицы пудлингового железа была введена обработка металлов в калиброванных валках, прокатка как металлургический процесс стала характерной для заводов черной металлургии.

Техника прокатки металлов, в том числе прокатка в калиброванных валках, прошла длительный и сложный путь развития. Ранние сведения о прокатных станках, состоящих из пары валков, приводимых в движение вручную, относятся к XV-XVI вв.

Эволюция прокатного стана с калиброванными валками неразрывно связана с появлением так называемых резательных станков, хорошо известных уже в XVII в. Резательные станки представляли пару валков, снабженных пазами с острыми кромками и применявшимися для получения пруткового железа из листа. В 1728 г. появляются работы Флюера (Франция), прокатывавшего прутки в валках с ручьями (калибрами). Для этого он отковывал заготовки овального профиля, пропускал их попеременно через валки с ромбическими и овальными ручьями и получал прутки диаметром 6,3 мм. Как считают, Флюер был первым, кто понял, что прокатные валки с ручьями овально-ромбической формы наиболее рациональны для обеспечения быстрого обжатия обрабатываемого металла и повышения производительности. Не случайно, что использование овально-ромбических валков легло в основу дальнейшего развития техники сортовой прокатки.

На протяжении всего XVIII в. техника прокатки металлов продолжала непрерывно совершенствоваться, в результате прокатные станы все более распространялись в железоделательном производстве. С помощью стальных прокатных валков, приводимых в действие гидравлическими двигателями, изготовляли не только полосовое и шинное железо, но также и железные листы.

Полосы и шины получали в России на прокатных станах, известных под названием плющильных машин. Такие станы, имевшие гладкие валки, были введены на Екатеринбургском заводе (Урал) в 1723 г. В. И. Генниным. Более сложные валки с калиброванными ручьями применяли на уральских заводах еще до 1756 г. К 80-м годам XVIII в. относится начало развития листопрокатного производства в железоделательной промышленности России. До этого времени кровельное железо ковали под молотами. По сути, листопрокатный стан - это та же «плющильная машина», однако у него более тщательно обработаны валки и конструктивно оформлено их строго параллельное положение. Первый листопрокатный стан был установлен в 1782 г. на Чермозском заводе, почти одновременно с появлением станов такого типа в Англии. К концу века такими же листопрокатными станами были оборудованы Сылвенский, Невьянский, Верх-Нейвинский заводы (все на Урале) и Александровский казенный завод. В результате на предприятиях уменьшилось число «дощатых» и «колотушечных» цехов, где кованое железо в горячем состоянии под молотами расплющивалось в листы. Прокатка обеспечивала высокую производительность и качество листов.

Прокатка как самостоятельный процесс металлургического производства утвердилась к концу XVIII - началу XIX в., что было неразрывно связано с общим развитием машиностроения и использованием для привода прокатных станов паровых двигателей. На протяжении XIX века появились разнообразные прокатные станы, которые можно подразделить на три основные группы: обжимные, листовые и сортовые. В 30 - 40-е годы XIX в. в промышленно развитых странах начинается прокатка рельс. В 50-х, годах в Германии появились первые прокатные станы, предназначенные для прокатки крупных балок, бандажных полос для колес железнодорожного транспорта.

В период 40-70-х годов XIX в. были разработаны и получили промышленное использование многие типы современных прокатных станов. В 1856 г. в Швеции О. Е. Карлсунд построил и пустил в г. Мотола первый триопрокатный стаи, позволивший непрерывно пропускать обрабатываемую заготовку в валки без их реверсирования. Правда, идею создания такого стана высказывал ранее известный шведский инженер X. Полем. В Англии триопрокатный стан ввел в 1862 г. на заводе в Бирмингаме бельгийский инженер Б. Лаут. В 1857 г. Дж. Фритц (США) построил мощный трехвалковый стан для прокатки рельсов. В 1859 г. мастер В. С. Пятов (Россия) построил первый прокатный стан для изготовления корабельной брони.

Большим достижением в области прокатки явилось создание и практическое использование в 60-х годах XIX в. непрерывных прокатных станов. Идея непрерывного прокатного стана для производства железных полос впервые была высказана в 1775 г. в России нижнетагильским мастером Е. Г. Кузнецовым. Однако из-за отсутствия в то время достаточно мощных двигателей и необходимых конструкционных материалов осуществить на практике свою идею изобретателю не удалось.

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 заводом двух блюмингов, которые в 1933 введены в эксплуатацию на Макеевском и Днепродзержинском металлургических заводах.

В 1940-1960-х гг. Всесоюзным научно-исследовательским и проектно-конструкторским институтом металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд прокатных станов для новых технологических процессов, обеспечивающих производство многих изделий, которые ранее изготовлялись другими, менее эффективными способами. Например: тонкостенные безрисочные трубы, листы переменной толщины по длине, профили круглого периодического сечения, шары, втулки, винты с крупным шагом, ребристые трубы и др.

В 1959-1962 ВНИИМЕТМАШ и Электростальский завод тяжёлого машиностроения создали 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). Их производительность была на порядок выше по сравнению с действующими (около 550 тыс. т/год). В эти же годы ВНИИМЕТМАШ, Научно-исследовательский институт автомобильной промышленности и Горьковский автомобильный завод выпустили первые станы для прокатки цилиндрических и конических колёс.

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

Схема Исикавы