Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Прокатка металла

01.02.2019


Прокатка представляет собой процесс обжатия и вытяжки металла при пропускании его между непрерывно вращающимися валками прокатного стана. Валки стана в результате возникающих сил давления производят деформацию металла, а силы трения — движение подачи заготовки. При продольной прокатке (рис. 132) заготовка движется в направлении, перпендикулярном осям валков, при поперечной прокатке (рис. 133) — вдоль осей валков.
Прокатка металла

При прокатке в результате обжатия уменьшается толщина заготовки при одновременном увеличении длины (вытяжки) и ширины (уширения). Вытяжка определяется отношением полученной длины к первоначальной длине заготовки и обозначается u:

где l — длина заготовки после пропускания через валки;

l0 — первоначальная длина заготовки;

F0 — площадь поперечного сечения исходной заготовки;

F — площадь поперечного сечения, полученная после пропускания заготовки через валки.

Продольная прокатка осуществляется гладкими и калиброванными валками (рис. 134), изготовленными из чугуна или стали. Калиброванные валки имеют ручьи определенного профиля. Ручьями называются профили выреза на боковой поверхности валка. Совокупность ручьев двух валков называется калибром.

Прокатка имеет большой удельный вес в промышленности: 75% всей выплавляемой стали и большое количество сплавов из цветных металлов подвергается прокату.

Прокатка металла и прокатное оборудование. Прокатный стан состоит из привода, имеющего электродвигатель, редуктор с маховиком и шестеренную клеть, и рабочей машины с одной или несколькими рабочими клетьми, в которых расположены валки. Рабочие клети могут быть расположены в линию или последовательно друг за другом, или в линию последовательно.

Прокатные станы по роду выпускаемой продукции делятся на обжимные, сортовые, универсальные, проволочные, листовые, рельсобалочные, трубные и специальные. Прокатные станы бывают двухвалковые (дуо-станы), трехвалковые (трио-станы), четырехвалковые (двойные дуо-станы) и многовалковые.

Дуо-станы в каждой рабочей клети имеют по два валка. Такие станы разделяются на нереверсивные и реверсивные. Нереверсивные станы имеют постоянное направление вращения валков, и прокатка производится в одну сторону. При прокатке верхний валок используется для обратной подачи заготовки (рис. 135). На нереверсивных станах производится прокатка заготовок, сортового проката, листов и ленты. На реверсивных станах направление вращения валков изменяется, и прокатку ведут в одну и другую сторону. Реверсивными дуо-станами являются, например, блюминг и слябинг с диаметром валков 800—1400 мм. По роду выпускаемой продукции блюминги и слябинги относятся к обжимным станам. На блюминге стальные слитки весом 5—15 т прокатываются в блюмы — квадратные заготовки сечением от 200x200 до 400x400 мм. На слябинге слитки прокатываются в слябы — листовые заготовки толщиной от 125 мм и длиной до 5000 мм.

На трио-станах прокатка ведется в одну сторону между нижним и средним валком, а в другую — между средним и верхним (рис. 136). На таких станах производится прокатка блюмов, рельсов, балок и сортового металла. Для прокатки листов толщиной до 3 мм применяются трио-станы с плавающим средним валком (рис. 137), который вращается в результате трения валка и прокатываемой заготовки. Плавающий валок может перемещаться вверх или вниз, т. е. в процессе пропуска заготовки он прижимается к нижнему или верхнему приводному валку.

В двойных дуо-станах валки вращаются попарно в противоположном направлении (рис. 138). Прокатка на этих станах ведется в обе стороны. Особенность их заключается в возможности независимой настройки каждой пары валков. Это позволяет получать продукцию более точных размеров, чем на трио-станах. Недостатком их является громоздкость и сложность конструкции. На таких станах производят прокат средних и мелких профилей.

Многовалковые станы, к которым относятся кварто-станы (рис. 139), имеют два рабочих валка, остальные валки являются опорными. На многовалковых станах производится горячий и холодный прокат листа, полос и лент. На шести-, двенадцати- и двадцативалковых станах производится только холодный прокат тонкого листа и ленты.

Универсальные станы, кроме горизонтальных валков, имеют валки вертикальные (рис. 140). На таких станах производят прокат двутавровых балок высотой 300—1800 мм и широких листовых полос.

Проволочные станы, полунепрерывные и непрерывные, применяются для проката проволоки диаметром 5—9 мм. Проволоку меньшего диаметра получают путем волочения.

Листопрокатные станы делятся на толстолистовые и тонколистовые. Листы толщиной свыше 4 мм (толстые) прокатывают из слябов на трио-станах и на реверсивных дуо-станах. Тонкие горячекатаные листы получают из легких слябов на дуо-станах, имеющих до трех клетей, а также на непрерывных листопрокатных станах производительностью 750—800 тыс. т металла в год.

Холодную прокатку листа и ленты производят из горячекатаного материала на реверсивных кварто-станах, имеющих одну клеть, или непрерывных станах, имеющих несколько клетей.

Прокатку труб по способу производства подразделяют на прокатку бесшовных и сварных труб.

Процесс получения бесшовных труб имеет две стадии. В первую стадию из слитка или прокатанной заготовки путем прошивки получают пустотелую гильзу, во вторую — методом раскатки гильзы получают готовую трубу. Пустотелые гильзы получают при помощи двух валков, расположенных в прошивной клети стана под некоторым углом друг к другу (рис. 141). Во время прокатки валки вращаются в одном направлении. При этом подаваемый слиток или заготовка для прокатки получает вращательное и поступательное движение вдоль оси валков. Заготовка сначала проходит зону прошивки, затем зону раскатки, где валки имеют обратный конус. В зоне раскатки толщина стенок прошитой заготовки уменьшается в результате обжатия наружного диаметра гильзы вокруг пробки, находящейся внутри ее. В окончательном виде трубы из гильз получают в чистовых, обкатных и калибровочных клетях стана. Для этой цели в гильзу вставляют оправу и производят раскатку гильзы в трубу. При прокатке в чистовых, обкатных и калибровочных клетях получают трубы заданного диаметра, а также устраняют разностенность, местные утолщения и сглаживают внутренние и наружные поверхности.

Прокатку бесшовных труб производят на специальных трубопрокатных станах, которые подразделяются на автоматические, непрерывные, пилигримовые и реечные. Автоматический трубопрокатный стан состоит из нескольких клетей: прошивных, чистовых, обкатных и калибровочных. Прокатка бесшовных труб на автоматических станах (рис. 142) получила наибольшее распространение. На таких станах прокатывают трубы диаметром 57—426 мм и толщиной стенки 3—30 мм.

Непрерывный стан для прокатки труб, как и автоматический, состоит из нескольких клетей. Схема расположения оборудования непрерывного трубопрокатного стана приведена на рис. 143. На непрерывных станах прокатывают трубы диаметром 51 — 108 мм с толщиной стенки 2—15 мм. Трубы меньшего диаметра получают на этих станах путем редуцирования, т. е. уменьшения диаметра трубы на 10—60% и соответственного увеличения ее длины. Толщина стенки трубы при редуцировании может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменной. Для прокатки труб на непрерывных станах исходным материалом также служат катаные круглые заготовки, нагреваемые до заданной температуры в нагревательных печах. Непрерывные станы по сравнению с автоматическими имеют большую производительность и более экономичны в эксплуатации.


Трехвалковые трубопрокатные станы обеспечивают получение труб с более точными размерами. Например, точность труб по толщине стенки получается в 2—2,5 раза больше точности труб, получаемых на автоматических станах. На таких станах получают трубы диаметром 38—200 мм с толщиной стенки 3—25 мм и больше. Исходным материалом для прокатки труб являются катаные круглые заготовки, нагреваемые в печах. Во время прокатки нагретая заготовка сначала поступает в прошивную клеть для получения гильзы, затем гильза с введенной в нее длинной оправкой задается в трехвалковую чистовую раскатанную клеть. Прошивные клети трехвалковых станов не отличаются от клетей автоматических станов. Трехвалковая клеть имеет три валка, расположенных в станине соответственно вершинам разностороннего треугольника. Валки вращаются в одну сторону. При захвате валками гильза получает вращательное и поступательное движение, во время которого происходит формирование трубы. Полученная труба таким образом поступает р калибровочную клеть, а затем охлаждается и подвергается правке и последующей обработке (отжигу, нарезке, промасливанию и др.).

На пилигримовых станах прокатывают трубы диаметром 48—650 мм с толщиной стенки 2,25—50 мм и более. Исходным материалом для прокатки труб служат круглые и граненые слитки, а также катаная заготовка. Слитки и заготовки перед прокаткой подвергают нагреву в нагревательных печах. Пилигримовые станы, как и автоматические и непрерывные трубопрокатные станы, имеют несколько клетей; прошивные, раскатные и калибровочные. Пилигримовые станы главным образом применяют для прокатки труб большого диаметра.

На реечных станах изготовляют трубы диаметром 57—219 мм с толщиной стенки 2,5—15 мм. В качестве исходного материала служат катаные квадратные заготовки, нагретые до 1260—1300° С. Для прокатки нагретую заготовку прошивают в гильзу с донышком (стаканом) на вертикальном гидравлическом прессе. В полученную гильзу вводят длинную оправку, затем гильзу проталкивают через ряд роликовых обойм в реечном стане и получают трубу. Трубу вместе с оправкой пропускают через обкатную клеть стана, после чего из нее извлекают оправку на цепном оправкоизвлекателе, отрезают конец с донышком и передают на отделку.

Сварные трубы получают двумя способами; печной сваркой и электросваркой.

Печной сваркой изготовляют трубы диаметром 10—114 мм с толщиной стенки 2—5 мм преимущественно для газопроводов. Исходной заготовкой для производства труб служат горячекатаные штрипсы (ленты) из низкоуглеродистой стали. Ширина и толщина ленты определяется диаметром и толщиной стенки трубы. Наиболее распространен метод получения труб на непрерывных прокатных станах (рис. 144). При производстве на этих станах лента в рулонах подается на разматыватель, а затем проходит через правильную машину, ножницы и через сварочный стыковой аппарат до печи. В правильной машине производится правка ленты, на ножницах — обрезка начального и конечного торцов ленты; в сварочном аппарате — сварка конца ленты предыдущего рулона с началом последующего. Между сварочным аппаратом и печью установлен петлеобразователь, от которого лента поступает в печь и нагревается до 1350° С. Длина печи определяется скоростью прокатки и сварки трубы и бывает более 40 м.

По выходе из печи лента поступает в формовочно-сварочный стан, который имеет шесть пар валков с калибрами. В валках стана происходит свертывание ленты в трубу, прижимание друг к другу кромок, нагретых до сварочного жара, и их сваривание.

Выходящую из стана трубу разрезают на заданную длину. Полученные таким образом трубы заданной длины калибруют в калибровочных клетях. Трубосварочный прокатный агрегат печной сварки позволяет работать на больших скоростях (120—150 м/мин) и выпускает водопроводные трубы и трубы другого назначения.

Производство труб электросваркой осуществляют несколькими методами — электродуговой сваркой под слоем флюса, контактной, атомноводородной, дуговой сваркой с защитой инертными газами и индукционной сваркой.

Особенностью получения труб электросваркой по сравнению с печной сваркой является то, что при электросварке имеется возможность получать трубы от малых (6 мм) до больших (1420 мм) диаметров с толщиной стенки 1—20 мм и больше. Трубы получают из углеродистых и легированных сталей.

Электродуговой сваркой под слоем флюса в основном производят трубы большого диаметра с прямым и спиральным швом, предназначенные для магистральных трубопроводов газа, нефти и нефтепродуктов. Трубы с прямым швом изготовляют диаметром 425 1420 мм с толщиной стенки 6—13 мм, длиной 6—12 м; со спиральным швом производят трубы диаметром 426—720 мм с толщиной стенки 5—10 мм и длиной 12—18 м. В качестве исходного материала для сварки труб с прямым швом применяют мерные горячекатаные листы, для труб со спиральным швом — горячекатаную листовую сталь в рулонах.

При получении труб с прямым швом основные операции следующие: 1) формовка заготовки в трубу; 2) сварка наружного шва и 3) сварка внутреннего шва трубы. Технологическое оборудование для изготовления труб располагают в такой последовательности, чтобы обеспечивалась поточность процесса производства (рис. 145).

Процесс производства труб дуговой сваркой со спиральным швом состоит из следующих основных операций: формовки заготовки, сварки спирального шва и резки труб по ходу процесса. Данный метод позволяет применять относительно узкие по ширине листы для производства труб большого диаметра. С формированием сварного спирального шва повышаются механические свойства трубы, что позволяет получать трубы с относительно меньшей толщиной стенки для тех же эксплуатационных условий (рис. 146).

Во время производства труб полоса (лист) с разматывателем 1, проходя через правильную машину 2, ножницы 3, сварочное устройство 4, дисковые ножницы 5, дробеметную машину 6, кромкострогальное устройство 7 и подающую машину 8, поступает в формовочный стан 9, где навивается по спирали вокруг оправки. Угол спирали а определяется по формуле

где Bs — ширина листа;

Dт — наружный диаметр трубы.

Образованная из листа спираль сваривается сварочным агрегатом 10. В результате сварки получается труба, которая разрезается на заданную длину на разрезном устройстве 11. Сварка сформованной трубы производится двумя последовательно установленными электродами под слоем флюса. Первая дуга питается постоянным током, а вторая — переменным. Резка труб производится голым электродом. Отрезная труба на тележке поступает на отделочные операции (обрезку, калибровку концов и гидравлическое испытание).

Контактную электросварку подразделяют на сварку сопротивлением и сварку оплавлением. Сваркой сопротивлением сваривают трубы диаметром 6—630 мм с толщиной стенки 0,5—20 мм, используемых в качестве конструкционных и нефтегазопроводных труб. Сваркой оплавлением изготовляют трубы диаметром 168—815 мм с толщиной стенки 7—15 мм, длиной до 12 ж. Трубы используют в основном для магистральных трубопроводов газа, нефти и нефтепродуктов. Исходным материалом для получения труб является стальная холоднокатаная и горячекатаная лента в рулонах и стальной горячекатаный лист.

Процесс производства труб сваркой складывается из операций формовки заготовок в трубу, сварки кромок заготовки, калибровки трубы и получения трубы заданной длины резкой.

Атомноводородной сваркой получают трубы диаметром 6— 160 мм с толщиной стенки 1—10 мм из высоколегированных (нержавеющих, жаропрочных и др.) сталей, не содержащих титана.

Для формовки заготовки применяют непрерывные формовочные станы. Сварку ведут вольфрамовыми электродами в среде водорода.

Электросваркой в защитной среде инертных газов (аргоном или гелием) получают трубы из высоколегированной стали аустенитного класса, из сплавов на основе никеля и на основе алюминия и магния. Трубы получают с прямым и спиральным швом. С прямым швом получают трубы диаметром 15—426 мм с толщиной стенки 0,2—5 мм, со спиральным швом диаметром 13—152 мм и с толщиной стенки 0,1—2,5 мм. Этим способом сваривают трубы также из стали, содержащий титан. Источником тепла при сварке в инертном газе является дуга, образующаяся между вольфрамовым электродом и металлом трубы. В качестве исходной заготовки для получения труб применяется лента в рулонах. Процесс сварки состоит из подготовки ленты, формовки заготовки, сварки трубы и калибровки.

В последние годы начинает получать распространение индукционная сварка труб. Этим способом производят трубы диаметром 20—425 мм главным образом предназначенные для газопроводов. В качестве исходной заготовки используют горячекатаную листовую сталь в рулонах. После формовки заготовки сварка труб производится по схеме, приведенной на рис. 147. Как показано на схеме, при индукционной сварке применяются плоские индукторы. При наличии одного индуктора скорость сварки составляет 15—20 м/мин, а при двух индукторах она повышается до 35—40 м/мин. Зазор между индуктором и трубной заготовкой принимают 1,5—2 мм, мощность индуктора 200—300 ква.

Для прокатки колес, бандажей и периодического проката применяются специальные прокатные станы. Производство колес для железнодорожного транспорта представляет собой комбинированный процесс обработки металла давлением, состоящий из ковки и прокатки. Применяемые колеса подразделяются на две группы: 1) цельные колеса, когда бандаж и центр колеса составляют одно целое (рис. 148, а); 2) составные колеса, когда бандаж и центр колеса изготовляют отдельно (рис. 148, б), центр колес этой группы изготовляют прокаткой или в виде отливки.

В настоящее время наибольшее распространение получают цельнокатаные колеса. Составные колеса в изготовлении более сложны, требуют большого расхода металла, но имеют большую надежность работы бандажа.

Цельнотянутые колеса изготовляют диаметром 800, 900, 950 и 1050 мм из углеродистой стали, содержащей 0,5—0,8% С, 0,6-0,9% Mn, 0,15—0,35% Si, до 0,05% P и до 0,005% S. Исходными заготовками для изготовления цельнокатаных колес служат многогранные слитки весом 3—5 т. Из одного слитка изготовляют несколько колес.

Последовательность операций изготовления цельнокатаных колес в колесопрокатных цехах следующая: 1) резка слитков на заготовки; 2) нагрев заготовки; 3) осадка и прошивка ее и формовка колесной заготовки на прессах; 4) прокатка ка стане; 5) выгибка и калибровка колес на прессе и 6) термическая обработка колес.

Прокатку колес производят на колесопрокатных станах (рис. 149). Стан имеет семь валков, из которых валок 1 является коренным (приводным), валки 2 и 3 — нажимными. Эти валки служат для обработки рабочей поверхности колеса. Обработка внутренней и торцовой поверхностей обода производится валками 4 и 5. Валки 6 и 7 являются направляющими. После прокатки колеса поступают на парогидравлический пресс мощностью 2500 т, где производится выгибка диска колеса, калибровка обода и горячее клеймение всех знаков.

При производстве бандажей исходной заготовкой являются многогранные слитки из стали той же марки, из которой изготавливаются железнодорожные колеса. Из одного слитка получают 5—6 бандажных заготовок. Процесс производства бандажей состоит из следующих последовательных операций: 1) резка слитков на бандажные заготовки на многорезцовых токарных станках; 2) нагрев бандажных заготовок; 3) осадка заготовок на прессах с прошивкой отверстия в центре; 4) разгонка отверстия и калибровка обода в черновой прокатной клети; 5) прокатка в чистовой клети для получения требуемого профиля поверхности катания и заданного диаметра бандажа; 6) термическая обработка бандажей.

Станы для прокатки бандажей по принципу работы аналогичны станам, применяемым для прокатки колес.

В последние годы в прокатном производстве все более широкое распространение получает периодический прокат. При периодическом прокате получают изделия, поперечное сечение которых изменяется. Это изменение обычно периодически повторяется по длине прокатываемой заготовки. Получение заготовок периодическим прокатом позволяет сокращать число операций при ковке и штамповке изделий. Кроме этого, достигается экономия металла на 20—30% и расхода энергии по сравнению с тем, когда ковка и штамповка деталей производится из обычного проката.

Периодический прокат получают продольной и поперечной прокаткой. Продольной периодической прокаткой получают прокат с односторонним периодом, с двусторонним совпадающим периодом, с несовпадающими верхними и нижними периодами и др. Обычно для этого вида проката используют квадратные и четырехугольные заготовки.

Поперечную прокатку периодических профилей, в отличие от продольной, производят из заготовок, представляющих собой по профилю тело вращения. Поперечной периодической прокаткой изготовляют круглые периодические профили, являющиеся заготовками для последующей штамповки или обработки резанием, шары для шарикоподшипников и шаровых мельниц, шестерни и другие заготовки. Поперечная прокатка производится на двух- и трехвалковых станах. Схема прокатки шаров приведена на рис. 150. Виды профилей, получаемых поперечной прокаткой, приведены на рис. 151.

Сортамент и контроль прокатного производства. Сортамент прокатного производства характеризуется большим разнообразием. В него входят готовые изделия (рельсы и балки, трубы, бандажи, колеса и др.) и заготовки для последующей прокатки, волочения, ковки, прессования, штамповки и обработки резанием. Основные виды проката представлены на рис. 152.

Обычно процесс прокатки включает операции разрезки и правки полученного проката, после чего прокатанные изделия проходят контроль. Контрольные операции состоят из наружного осмотра, сортировки, зачистки внешних дефектов, клеймения и маркировки. В случае обнаружения контролем неисправимого брака полученные изделия используют как лом. Брак может быть по вине исходного материала или при нарушении технологии процесса прокатки. В первом случае возникают усадочные и газовые раковины, рыхлость, ликвация, трещины и неметаллические включения, а во втором — заусенцы, сдвиги одной части профиля по отношению к другой, неправильный профиль, разная толщина, риски от задиров на валках и пр. Дефекты проката при ковке или штамповке, а также и других видах последующей обработки ведут к получению негодных деталей.



Имя:*
E-Mail:
Комментарий: