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 — автоматическая система  или линия машин (агрегат), выполняющая  не только прокатку, но и вспомогательные  операции: транспортирование исходной заготовки со склада к нагревательным 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, упаковку, передачу на склад готовой продукции и др.

  Историческая  справка. Время и место появления  первого Прокатный стан неизвестны. Бесспорно, что раньше прокатки  железа применяли прокатку цветных  металлов — свинца, олова, меди, монетных сплавов и др.Примерно до конца 17 в. привод Прокатный стан был ручным, в 18 в. — водяным. Промышленная прокатка железа началась примерно с 18 в. В России она особенно широко развивалась на Урале. Прокатный стан применялись для производства 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 конце 18 в.  для привода Прокатный стан  начали применять паровые машины; прокатка становится одним из  трёх основных звеньев производственного  цикла металлургических заводов,  постепенно вытесняя менее производительный  способ ковки. К этому периоду  относится промышленное применение  Прокатный стан с калиброванными  валками, сконструированного в  1783 Г. Кортом (Великооритания); Прокатный  стан постепенно дифференцируются  на обжимные, листовые и сортовые. В 30—40-х гг. 19 в. в связи с  бурным развитием железных дорог  в разных странах начинают  прокатывать рельсы. В 1856—57 в  Сааре (Германия) был установлен  первый Прокатный стан, предназначенный  для прокатки крупных балок.  Развитие конструкций и специализация  этих станов привели к появлению  в США в конце 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 Прокатный  стан 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  Прокатный стан с успехом применен  электродвигатель (Германия). В 1906 в  г. Тршинец (ныне Чехословакия) пущен Прокатный стан с реверсивным  электродвигателем. Принцип непрерывной  горячей прокатки листов нашёл  практическое 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 заводом  двух блюмингов, которые в 1933 введены в эксплуатацию на  Макеевском и Днепродзержинском  металлургических заводах. В 1940—60-х  гг. Всесоюзным научно-исследовательским  и проектно-конструкторским институтом  металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ) создан ряд Прокатный  стан для новых технологических  процессов, обеспечивающих производство  прокаткой многих изделий, которые  ранее изготовлялись другими,  менее эффективными способами  (тонкостенные безрисочные трубы,  листы переменной толщины по  длине, профили круглого периодического  сечения, шары, втулки, винты с  крупным шагом, ребристые трубы  и др.). В 1959—62 ВНИИМЕТМАШем и  Электростальским заводом 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 (около 550 тыс. т/год). В эти же годы пущены разработанные ВНИИМЕТМАШем, Научно-исследовательским институтом автомобильной промышленности и Горьковским автомобильным заводом 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.

  Классификация  и устройство прокатных станов. Главный признак, определяющий  устройство Прокатный стан, —  его назначение в зависимости  от сортамента продукции или  выполняемого технологического  процесса. По сортаменту продукции  Прокатный стан разделяют на  заготовочные, в том числе станы  для прокатки слябов и блюмов, листовые и полосовые, сортовые, в том числе балочные и проволочные,  трубопрокатные и деталепрокатные  (бандажи, колёса, оси и т.д.). По  технологическому процессу Прокатный  стан 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 Прокатный стан, 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  Прокатный стан, служащее для  деформации металла между вращающимися  валками, называют основным, а  для выполнения прочих операций  — вспомогательным. Основное  оборудование состоит из одной  или нескольких главных линий,  в каждой из которых располагается  3 вида устройств 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 большей частью  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 Для обжатия металла  по боковым поверхностям используют  клети с вертикальными валками,  называемые эджерами. Станы, у  которых вблизи горизонтальных  валков расположены вертикальные, называются 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

Прокатный стан определяются его назначением, требуемым числом проходов металла между валками  для получения данного профиля  и заданной производительностью. По этому признаку Прокатный стан 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. профилей.

  Скорости прокатки  весьма различны и зависят  главным образом от требуемой  производительности Прокатный стан, 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.  Данные о производительности, мощности  приводов и массе оборудования  некоторых Прокатный стан, получивших  наибольшее распространение в  СССР для производства горячекатаной  стали, приведены в таблице.

Современный прокатный  стан представляет собой технологический  комплекс последовательно установленных  машин, используемых для получения  прокатных изделий заданных размеров с необходимыми качественными показателями. Производительность прокатного стана  определяется пропускной способностью отдельных агрегатов, обеспечивающих выполнение технологических операций, но главным образом, производительность стана определяется пропускной способностью рабочих клетей.

Мы рассмотрим  методы определения такта Т прокатки для различных станов, разных по своему назначению, расположению рабочих  клетей, способу прокатки. Такт или  ритм прокатки определяется характеристикой  имеющегося основного и вспомогательного оборудования, количеством  и последовательностью  размещения рабочих клетей, режимом  работы на них. Такт прокатки складывается из машинного и вспомогательного времени, при этом машинное время  может определяться размерами (сечением и длиной) исходного продукта обработки, конечными размерами прокатываемого изделия, общим количеством проходов, распределением вытяжки по проходам, скоростью прокатки и т.д. Вспомогательное  время зависит от степени механизации  и автоматизации при  выполнении необходимых операций между проходами, квалификации обслуживающего персонала, режима прокатки.

Расчет производительности стана

Теоретически часовую  производительность прокатного стана  А, т/ч, можно определить по формуле:

                       А=3600G/T,

G – масса заготовки,  т; Т – такт прокатки ( время  между одноименными этапами прокатки  двух следующих друг за другом  полос), с

Из формулы видно, что часовая производительность стана А будет тем выше, чем  массивнее слиток и чем меньше требуется времени для выполнения необходимых операций обработки  до начала прокатки следующей полосы.

Однако подобной характеристикой пользуются лишь при  работе обжимных станов, так как  в этом случае есть прямая связь  с цехами, изготовляющими металл, производительность которых определяется массой слитков. Если рассматривать цеха, выпускающие  готовый прокат, то их производительность определяется по выходу готовых изделий. Тогда теоретическая производительность будет меньше на определенный коэффициент R1 выхода годных изделий, который зависит  от характеристики обрабатываемого  металла, вида изделия, требований к  его качеству. Помимо этого при определении фактической производительности надо принимать во внимание коэффициент использования стана R2, который равен отношению чистого времени прокатки к фактическому времени работы стана. С помощью этого коэффициента учитывают скрытые мелкие простои, потери темпа и т.д. Обычно                            R2 = 0.95…0.85. Коэффициент использования стана не является постоянной величиной, так как реконструкция станов, перевод на автоматическое управление отдельных агрегатов, улучшение организации работы и т.д. повышают его.

Таким образом, учитывая выход годных изделий и коэффициент  использования стана, практическая часовая производительность при  прокатке может быть найдена по такой  формуле:

                  A = (3600/T) G R1 R2

Любой прокатный  стан в течение определенного  времени прокатывает  разные профили, поэтому его производительность не может быть подсчитана по одному профилю. Для каждого профиля  стан имеет свою производительность Ai

Полную годовую  производительность стана считают  по средней часовой производительности Aср и годовому фонду рабочего времени  Тф, соответствующему числу часов  работы стана за год.

Средняя часовая  производительность прокатного стана  определяется как частное от деления  всего выпуска изделий за некоторый  период на затраченное время:  Аср =

Gi – масса полученного  проката отдельных профилей за  принятый отрезок времени, т;  Тi – время прокатки профиля  в течение принятого периода,  ч.

Если известны часовая  производительность А стана при  прокатке каждого изделия и доля соответствующего профиля gi в общем  выпуске изделий за принятый отрезок  времени, то среднечасовая производительность равна: Аср =

Но определение  часовой производительности каждого  вызывает некоторые трудности, поэтому  используют коэффициент трудоемкости Кi, равный отношению часовой производительности основного вида изделия к часовой  производительности при прокатке каждого  профиля. Обычно за основной вид изделия  принимают или наиболее простой  в технологическом отношении  профиль, или преобладающий в  сортаменте стана.

Зная коэффициент  трудоемкости Кi и часовую производительность стана при прокатке основного  профиля А0, среднюю часовую производительность находят так:  Аср =  Средняя  часовая производительность стана  находится в прямой зависимости  от планируемого в данный момент времени  сортамента, который может изменяться в следующем периоде в связи  с падением спроса на одни изделия  и повышением на другие. Поэтому  средняя часовая производительность прокатного стана не является постоянной величиной. Она отражает не только технические  возможности прокатного стана, но и  соотношение высокопроизводительных и трудоемких изделий в плане  расчетного отрезка времени.

Что же касается эффективного годового фонда производственного  времени Тф, то он зависит от графика  работы стана и организации работы на нем, а также от вида прокатываемых  изделий. На металлургических заводах  эффективный годовой фонд производственного  времени для различных станов при непрерывном графике работы может принимать значения от 6800 ч  до 7700 ч.Таким образом, зная среднюю часовую производительность стана Аср и фактическое время его работы в течение года, можно определить годовую производительность: