41. Сущность и схемы процесса прокатки металлов

Сущность и схема процесса. Прокатка – процесс обжатия заготовки

между вращающимися валками с целью придания ей требуемой формы и

размеров. Различают три способа прокатки; продольную, поперечную и

поперечно-винтовую (косую).

Основным способом, при помощи которого производится до 90% всего,

проката в стране, является продольная прокатка, в процессе которой, металл

подвергается обжатию между вращающимися навстречу друг другу

параллельными валками. При этом уменьшается высота, сечения,

увеличивается длина и в некоторой степени ширина прокатываемой полосы.

Валки могут быть цилиндрическими гладкими, тогда прокат получается

в виде полос и листов, либо с канавками (ручьями) различной формы, тогда

получается профильный прокат – квадрат, круг, шестигранник, рельс и др.

Процесс прокатки осуществляется следующим образом. Полоса

высотой Н силами трения, возникающими между ее поверхностью и

поверхностями валков, втягивается в щель между валками, высота которой

меньше начальной высоты полосы, и обжимается до требуемого размера.

Разность между начальным Н и конечным h размерами полосы называется

абсолютным обжатием.Процесс прокатки возможен только в том случае, если угол α, называемый углом захвата, не превышает некоторой величины, определяемой коэффициентом трения между металлом и валками.

Прокатку желательно вести с максимальными углами захвата с целью

увеличения разового обжатия, а следовательно, и производительности

прокатного стана. Контакт металла с валками происходит по дуге аb, называемой дугой захвата. Металл деформируется в зоне, ограниченной плоскостями входа аd ивыхода bс и дугами захвата. Этот объем металла называется очагом или зоной деформации.

Одновременно с уменьшением сечения полосы и увеличением ее длины

наблюдается некоторое увеличение ее поперечных размеров, называемое

уширением. Величина уширения зависит от величины обжатия, диаметра

валков, коэффициента трения и пр. Уширение влияет на точность и качество

прокатываемых профилей. При малой его величине калибр не будет

заполняться, и возможно получение не полностью оформленного профиля.

Если уширение будет значительно больше расчетного, образуется излишек

металла по ширине. Он будет выдавливаться в зазор между валками и

образовывать заусенцы.Прокатка характеризуется непрерывностью воздействия инструмента на металл и, как следствие этого, отличается весьма высокой

производительностью. Во многих случаях она позволяет получать заготовки,

приближающиеся по форме и размерам к готовым изделиям, а для таких

отраслей народного хозяйства, как строительство и транспорт, прокаткой

получаются готовые элементы сооружений. Современное прокатное

производство не только дает продукцию в виде заготовок большой длины того

или иного профиля, но и позволяет получать штучные заготовки с

минимальными припусками на механическую обработку.

42. Применение прокатки и сортамент изделий

Сортамент стального проката можно разделить на следующие основные

группы: сортовой прокат, листовой прокат, трубы и профиль специального

назначения.Наиболее обширной является группа сортового проката (круглая,

квадратная, шестигранная, полосовая, угловая сталь, швеллеры, двутавры,

рельсы и др.).Листовая сталь делится на тонколистовую и толстолистовую. Трубывыпускаются бесшовные (горяче- и холоднокатаные) и шовные (сварные).

Кроме круглых, производятся трубы других сечений (шестигранные

квадратные и др.). Для массового производства изготавливаются специальные виды проката: профили транспортного и сельскохозяйственного машиностроения, бандажи, колеса, периодические профили.

Прокатные станы. Прокатный стан состоит из следующих основных

узлов и механизмов: одной или нескольких клетей с валками,

электродвигателя моторной муфты, редуктора, коренной муфты, шестеренной

клети и шпинделей. Эти механизмы являются элементами главной линии

прокатного стана. Рабочая клеть является основной частью прокатного стана,

предназначенной для деформирования металла. Она состоит из двух станин,

устанавливаемых на плитовинах и закрепляемых на фундаменте. Станины

скрепляются между собой стяжными болтами и поперечиной. В рабочей клети

располагаются прокатные валки, подушки с подшипниками для валков и

вспомогательные механизмы для подъема и установки валков.

Прокатные валки обжимают заготовку и придают ей требуемую

форму. В зависимости от назначения они изготовляются из отбеленного

чугуна, литой или кованой стали.

Шестеренная клеть служит для разделения крутящего момента по

отдельным валкам, если привод осуществляется от одного общего двигателя. Помимо перечисленных механизмов, входящих, в главную линию

прокатного стана, имеется ряд вспомогательных механизмов,

предназначенных для транспортировки исходного материала к рабочей клети,

кантовки, уборки, после прокатки, резки, правки, свертывания в рулон и т.д.

Прокатные станы разделяются по количеству и расположению валков в

рабочей клети, по назначению и располжению рабочих клетей. По первому

признаку различают клети дуо, имеющие два горизонтальных валка, клети

трио, имеющие три валка, клети кварто, имеющие два опорных валка и два

рабочих валка меньшего диаметра, клети многовалковые, имеющие два

рабочих валка небольшого диаметра и большое количество опорных валков, и

клети универсальные, в которых одновременно имеются и горизонтальные и

вертикальные валки.Клети дуо могут быть нереверсивными и реверсивными (с меняющимся направлением вращения валков после каждого пропуска металла между ними). Нереверсивные клети используются при прокатке тонких листов и лент, реверсивные – при прокатке профилей крупных размеров, в блюмингах,

слябингах, а также у толстолистовых, рельсобалочных и других станов.

В клети трио прокатка производится в обе стороны без реверсирования

валков. В одну сторону прокатка идет между нижним и средним валком, в

другую – между средним и верхним. Эти клети требуют установки

дорогостоящих подъемных столов.

Клети кварто широко, применяются для горячей прокатки толстых и

тонких листов, а также для холодной прокатки тонких листов и лент. Они

позволяют получить большую точность листа по толщине из-за отсутствия

прогиба валков (усилие деформации воспринимается опорными валками

большого диаметра). Многовалковые клети применяются для холодной прокатки тончайшей ленты.По назначению станы разделяются на два основных типа: 1) станы для прокатки полупродукта, являющегося исходной заготовкой для сортового проката и частично для кузнечного производства; 2) станы для выпускаготового проката.К первому типу относятся блюминги и слябинги (диаметр валков 800– 1400 мм) для прокатки слитков весом 2 – 25 т в полупродукт крупного сечения и заготовочные станы (диаметр валков 450 – 800 мм) для получения полупродукта меньшего сечения. На блюмингах получаются блюмы –полупродукт для производства сортового проката, на слябингах – слябы (полупродукт для производства листового проката). Блюмы имеют сечение 200 × 200 и 350 × 350 мм, слябы – толщину 65 – 300 мм и ширину 600 – 1600 мм.Ко второму типу относятся: рельсобалочные станы – для

производства рельсов и тяжелых балок; крупно-, средне- и мелкосортные

станы для сортового проката различных размеров, проволочные станы для

прокатки проволоки диаметром 5 – 10 мм; листовые и трубные станы, станы

для специальных видов проката.Станы одного и того же назначения могут различаться как по конструкции, так и по расположению рабочих клетей. Они могут быть одноклетевыми и многоклетевыми. В последнем случае клети могут

располагаться в одну или в несколько линий, а также последовательно.

Наиболее совершенными станами подобного типа являются непрерывные,

длина которых меньше длины прокатываемой полосы, поэтому прокатка

может выполняться в нескольких или во всех клетях одновременно.

Технологическая схема современного прокатного производства

содержит следующие обязательные элементы: подготовка исходного

материала, нагрев его, прокатка и отделка.

Слитки, поступающие в прокатный цех, проходят операцию зачистки –

удаления поверхностных дефектов (плены, трещины, волосовины):

вырубания их пневматическими зубилами, выжигания кислородно-ацетиленовым пламенем, зачистки абразивным кругом, а в отдельных случаях

обработкой на металлорежущих станках.

Весьма ответственной операцией является нагрев слитков в колодце,

блюмов, слябов и заготовок – в методических печах. Поэтому контроль

режима нагрева производится автоматически.

В процессе прокатки необходимо контролировать размер и форму

получаемого профиля. Наиболее распространенными профилями сортового

проката являются квадрат, круг, угловая сталь. Прокатка их ведется из

заготовок, полученных на блюмингах и заготовочных станах.

Листовой металл выпускается в виде толстого (свыше 4 мм) и тонкого

(до 4 мм) листа или ленты. В качестве исходного материала при прокатке

толстых листов используют слябы, а для изготовления листов толще 50 мм и

весом более 8 – 10 т – тяжелые слитки. Прокатка ведется на двухклетевых

последовательных станах, у которых одна клеть черновая, вторая - чистовая.

В процессе прокатки особое внимание уделяется удалению окалины,

иначе она может вдавиться в поверхность листа и ухудшить его качество.

Наилучшим способом является гидроочистка. С этой целью на клетях

устанавливаются сопла для подачи воды на лист под давлением до 100 атм.

После прокатки и контроля листы режутся на нужный размер.

Тонкие листы изготавливаются прокаткой в горячем и холодном

состоянии. Горячекатаные тонкие листы прокатываются из слябов на

непрерывных, полностью автоматизированных станах, производительность

которых достигает 250 т/ч. Эти станы имеют черновые и чистовые группы

рабочих клетей кварто и самостоятельные клети с вертикальными валками для

обжатия боковых кромок. Прокатный металл сматывается в рулоны.

Горячекатаный металл в рулонах либо поступает на дальнейшую

прокатку в холодном состоянии, либо подвергается отделочным операциям –

резке на требуемый размер, нормализации и отжигу для снятия наклепа,травлению для удаления окалины. Отожженный и протравленный листовой материал называется декапированным.

Прокаткой в холодном состоянии получают тонкий лист для

автомобильной, тракторной, консервной промышленности и др.

Прокатка труб и специальных профилей. При производстве

бесшовных труб первой и основной операцией является прошивка слитка или

заготовки с образованием гильзы. Прошивка выполняется на прошивных

станах с косо расположенными валками либо на прессах. В первом случае

заготовка подается в валки, расположенные под углом 8 – 10

одруг к другу ивращающиеся в одну сторону. При такой схеме в осевой части заготовки создаются радиальные растягивающие напряжения, разрыхляющие металл и облегчающие прошивку отверстия оправкой, устанавливаемой на пути

движения заготовки. Прошитая гильза поступает либо на непрерывный трубопрокатный стан, либо на стан пилигримовой прокатки.

В первом случае гильза прокатывается на длинной оправке в стане,

имеющем 7 – 9 рабочих клетей с круглыми калибрами. После прокатки и

извлечения оправки труба может обрабатываться на калибровочном или

редукционном стане.Во втором случае гильза надевается на оправку и прокатывается между валками, имеющими ручей переменной ширины и высоты по окружности. Валки вращаются в разные стороны навстречу движению заготовки. При вращении размер калибра все время меняется. При максимальном размере образуется холостой калибр, размеры которого больше диаметра гильзы. В этот момент происходит подача гильзы на шаг (20 – 30 мм). При повороте валков размер калибра постепенно уменьшается и происходит обжатие гильзы до необходимого диаметра. На части окружности размеры постоянны. Это полирующая часть калибра, обеспечивающая выравнивание диаметра итолщины стенки трубы. После полного оборота происходит раскрытие холостого калибра и очередная подача гильзы на шаг. При прокатке на пилигримовом стане остается недокатанный участок гильзы, который

отрезается на пиле.Сварные трубы изготавливаются печной, газовой, электрической и электрогазовой сваркой из мерной полосы – штрипса, длина которой равна длине трубы, ширина – длине окружности трубы с припуском на сварку итолщина – толщине стенки трубы. Наиболее широко применяется

электрическая сварка.При электросварке заготовку формуют в трубу без нагрева на формовочных непрерывных старых дуо и затем сваривают в трубосварочном

стане, где кромки заготовки сближаются и сжимаются. Ток, подводимый к

заготовке, нагревает стык до температуры сварки. При получении

толстостенных труб среднего и большого диаметра применяется

электродуговая сварка под слоем флюса.

Поперечной прокаткой получаются профили, имеющие форму тел

вращения - шары, шестерни и т. д., а также периодический прокат. Прокатка

осуществляется на специальных станах, у которых валки вращаются, в одну и

ту же сторону. Заготовка подается вдоль валков имеющих ручьи

соответствующей формы, расположенные по винтовой линии. Материал

перемещается по длине валков и принимает форму их калибров.

Железнодорожные колеса получаются из заготовок, отрезанных от

слитка. После нагрева заготовки ее осаживают на гидравлическом прессе и

прошивают отверстие, а затем на. мощном: гидравлическом прессе (7000 т)

формируют ступицу, диск и контур обода.

На колесопрокатном стане производится раскатка обода и прокатка.

Окончательная калибровка и гибка диска выполняется в штампе под прессом.