1. Описание работы оборудования прокатного отделения

Прокатный стан - машина для обработки давлением металла и других 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.

Все прокатные станы, работающие на металлургических предприятиях, несмотря на многообразие конструкций классифицируются по назначению, количеству и расположению рабочих клетей и валков в рабочих клетях. Прокатные станы в зависимости от назначения, т.е. от вида выпускаемой продукции можно разделить на следующие три группы.

Станы горячей прокатки, к которым относятся обжимные, заготовочные, рельсобалочные, сортовые, проволочные, штрипсовые, листовые, широкополосные.

Станы холодной прокатки, к которым относятся листовые, жестепрокатные и станы для прокатки тонкой и тончайшей ленты.

Станы специального назначения - колесопрокатные, бандажепрокатные, для прокатки полос и профилей переменного сечения, шаров, шестерен, винтов, гнутых профилей и т.п.

Основным параметром обжимных, заготовочных и сортовых станов является диаметр валков или шестерен шестеренной клети в мм. При наличии в стане нескольких рабочих клетей параметром стана является диаметр валков чистовой клети.

Основным параметром листовых станов является длина бочки валка, мм, которая определяет наибольшую ширину прокатываемых на стане листов или полос.

В этом случае название "толстолистовой стан 3000" означает, что длина бочки валков равна 3000 мм, при этом на стане прокатывают толстый лист шириной до2700-2800 мм.

По количеству и расположению рабочих клетей прокатные станы разделяют на следующие пять групп:

- одноклетевые;

- линейные многоклетевые;

- последовательные;

- полунепрерывные;

- непрерывные.

Конструкция основных деталей и механизмов прокатного стана, несмотря на их различное назначение и многообразие, во многих случаях одинакова. Главные элементы рабочей клети — валки прокатные, подшипниковые узлы, механизмы для установки валков, станина, шпиндели, муфты и проводки.

Подшипники прокатных валков работают при очень больших нагрузках, доходящих на некоторых станах до 30—60 Мн (3000—6000 тс) на валок. Возможные габариты их ограничиваются диаметром валков. Подшипники (качения или жидкостного трения) устанавливаются в массивных корпусах, называются подушками, которые располагаются в проёмах станины.

Станина рабочей клети воспринимает все усилия, возникающие при прокатке металла, и поэтому выполняется массивной — до 60—120 т и более. Материал станины — стальное литьё с 0,25—0,35% С. Станина устанавливается на фундаментных стальных плитах (плитовинах), которые прикрепляются болтами к бетонному или железобетонному фундаменту. Для сортовых станов получают распространение предварительно напряжённые рабочие клети, в которых

повышение жёсткости достигается не увеличением массивности станины, а с помощью специальных стяжных механизмов.

Вспомогательное оборудование прокатных станов предназначено для подачи металла от нагревательных устройств к приёмному рольгангу стана (слитковозы), поворота слитка на рольганге (поворотные устройства), транспортирования металла в соответствии с технологическим процессом (рольганги или транспортёры), перемещения металла вдоль валка для подачи его в соответствующий калибр (манипуляторы), поворота металла относительно его продольной оси (кантователи), охлаждения металла (холодильники), травления металла (травильные установки), разматывания рулонов (разматыватели), сматывания полосы в рулон или проволоки в бунт (моталки), резки металла (ножницы и пилы), а также для отделки металла: правки (правильные машины и прессы), дрессировки, клеймения, укладки, промаеливания, упаковки и т.д.

Электрооборудование характеризуется большими мощностями и размерами главных приводов (мощность одного электродвигателя доходит до 6—7 Мвт и более, а общая мощность — до 200—300 МВт), сложностью систем управления электроприводами, вызываемой главным образом необходимостью автоматического регулирования в широких пределах скорости большинства машин прокатных станов.

Смазочное оборудование обеспечивает бесперебойную автоматическую подачу смазки ко всем трущимся деталям механизмов, а в станах для прокатки цветных металлов и холодной прокатки стали — также подачу технологической смазки к рабочей поверхности прокатных валков. Смазочные системы обычно располагаются в специальных подвалах.

Прокатка металла осуществляется при прохождении его между валками, вращающимися в разных направлениях. При прокатке металл обжимается, в результате чего толщина полосы уменьшается, а ее длина и ширина увеличиваются. Разность между исходной h₀. и конечной h₁, толщинами полосы называют абсолютным обжатием:

∆h= h₀ - h₁

Разность между конечной b₁ и исходной b₀ ширинами полосы называют абсолютным уширением

∆b = b_t— b₀.

Величину деформации полосы при прокатке характеризуют следующие показатели (коэффициенты):

относительное обжатие — отношение абсолютного обжатия к исходной толщине полосы;

ε = ∆h/h₀, или ε = (∆h/h₀)100 %;

коэффициент обжатия — отношение исходной толщины к конечной

ε = h₀ / h₁

коэффициент вытяжки — отношение длины полосы после прокатки l₁ к исходной длине l₀:

μ = l_{1 /} l₀

Поскольку объем металла в процессе прокатки не изменяется, то

h₀b₀l₀ = h₁b₁l₁, отсюда

μ = l_{1 /} l₀ = h₀b₀/ h₁ b_t = F₀ / F₁

Таким образом, длина полосы при прокатке увеличивается пропорционально уменьшению ее поперечного сечения. Коэффициенты обжатия, вытяжки и уширения характеризуют высотную, продольную и поперечную деформацию металла.

Металл соприкасается с каждым из валков по дуге АВ (рис. 1.1.), которую называют дугой захвата. Угол а, соответствующий этой дуге, называют углом захвата.

Рисунок 1.1. Схема плющения металла

Объем металла, ограниченный дугами захвата АВ, боковыми гранями полосы и плоскостями входа АА металла в валки и выхода ВВ металла из них, называют очагом деформации металла. Длина этого очага

l= √R∆h

Угол захвата определяют по формуле

h_{0 --} h₁ ∆h

Рисунок 1.2. Очаг деформации и угол захвата при прокатке

Процесс прокатки металла обеспечивается трением, возникающим по контактным поверхностям валков с прокатываемой полосой. В момент захвата со стороны каждого валка на металл действуют две силы (рис. 21.3): нормальная (радиальная) сила N и касательная (тангенциальная) сила Т. Из механики известно, что при относительном движении двух тел сила трения равна нормальной силе, умноженной на коэффициент трения

T = Nf.

Отношение силы трения к нормальной силе равно тангенсу угла трения β

T/N=tg β =f

Для осуществления захвата металла валками необходимо, чтобы соблюдалось условие: f>tga, tg β >tga, β >a.

Максимально допустимый угол захвата при прокатке зависит от материала валков и прокатываемой полосы, состояния их поверхности, температуры и скорости прокатки. Обычно при прокатке блюмов и крупных заготовок максимальный угол захвата составляет 24.. .32°, при горячей прокатке листов и полос— 15. ..20°, при холодной прокатке листов и лент со смазкой—2. ..10°.

При расчете на прочность валков и других деталей рабочей клети прокатного стана и при определении мощности двигателя стана необходимо знать усилие прокатки, которое определяют по формуле

P=pc_PF,

Где pc_P — среднее давление прокатки; F — горизонтальная проекция контактной площади металла с валком.

При прокатке простых профилей (листов, полос и заготовок прямоугольного и квадратного сечений) контактная площадь определяется произведением средней ширины полосы в очаге деформации на длину очага деформации. При прокатке сложных профилей (уголков, швеллеров, балок, рельсов и т. п.) контактную площадь определяют графически или по приближенным формулам. Среднее давление прокатки рассчитывают по формулам или находят опытным путем.