Прокатный стан устройство и виды:
клети, валки, перевалка и ремонт

Прокатный стан устройство: состав и принцип работы

Прокатный стан это комплекс оборудования, в котором заготовка обжимается вращающимися валками и получает нужное сечение. Рабочий орган стана это валки: именно они деформируют металл, всё прочее их обслуживает.

В состав входят три группы оборудования:

• основное: рабочие клети с валками, главная линия привода;
• вспомогательное технологическое: нагревательные печи, рольганги, манипуляторы, кантователи, петлеобразователи, ножницы, моталки, правильные и холодильные устройства;
• обслуживающее: системы смазки, охлаждения валков, гидравлика, электропривод и автоматика.

Принцип захвата металла валками простой и жёсткий: заготовка втягивается в зазор только тогда, когда угол захвата не превышает угла трения между металлом и валком. Если обжатие назначили слишком большим или валки замаслены и отполированы, заготовка упирается в валки и стоит. На практике поэтому и ограничивают разовое обжатие, и следят за состоянием поверхности бочки: изношенный до зеркала валок хуже захватывает металл.

Главная линия: двигатель, редуктор, шестерённая клеть, шпиндели

Главная линия это цепочка от электродвигателя до валков. Сверху вниз по потоку мощности:

1. Муфты. Соединяют участки линии и на многих станах играют роль предохранительного звена.

Шпиндель это самый расходный элемент главной линии после валков: головки разбиваются, вкладыши изнашиваются, появляется люфт, который бьёт по всей линии. Ремонт и изготовление шпинделей, вкладышей и сухарей у нас вынесены в отдельную работу: ремонт шпинделей.

Рабочая клеть: станина, подушки, нажимное устройство

Рабочая клеть это узел, который держит валки и воспринимает усилие прокатки.

Подшипник жидкостного трения применяется на опорных валках мощных листовых станов: масляный клин разделяет втулку и конус, износ минимален, но узел чувствителен к чистоте масла и требует точной геометрии конуса на шейке валка. Восстановление конических шеек это наплавка или хромирование, затем шлифовка в размер с контролем конусности.

Клети с вертикальными валками ставят для обжатия боковых кромок полосы и слитка. Универсальная клеть совмещает горизонтальные и вертикальные валки в одном узле.

Классификация станов по числу валков: дуо, трио, кварто, многовалковые

Логика простая: чем тоньше и точнее прокат, тем меньше диаметр рабочего валка и тем больше опорных валков нужно, чтобы он не прогибался. Вся пирамида валков существует только ради того, чтобы держать тонкий рабочий валок от изгиба.

Стан винтовой прокатки стоит особняком: валки расположены под углом к оси заготовки, и слиток не просто обжимается, а вращается и прошивается. Такие станы работают в трубном производстве, валок там бочкообразный или грибовидный.

Расположение клетей: линейные, последовательные, непрерывные

По расположению клетей станы делят так:

• одноклетевые: одна клеть, металл проходит через неё многократно, с реверсом или без. Обжимные блюминги и слябинги, многие лабораторные и ювелирные станы;
• линейные: несколько клетей на одной линии от общего привода, заготовка идёт последовательно от клети к клети;
• последовательные и зигзагообразные: клети стоят в несколько линий, полоса передаётся между ними;
• непрерывные: заготовка одновременно находится в нескольких клетях, каждая клеть со своим приводом. Скорость в каждой клети растёт по ходу, иначе полоса порвётся или соберётся в петлю.

На непрерывных сортовых станах между клетями ставят петлеобразователь: он накапливает небольшую петлю и компенсирует рассогласование скоростей. Без него соседние клети либо тянут полосу, либо гонят её в подпор.

По назначению станы делятся на обжимные (блюминги и слябинги под крупные слитки), заготовочные, сортовые и рельсобалочные, листовые, трубные и станы специального назначения: колёсопрокатные, бандажные, шаропрокатные.

Валки прокатного стана: рабочие, опорные, элементы конструкции

Любой прокатный валок состоит из трёх частей:

• бочка: рабочая часть, которая контактирует с металлом. Гладкая у листовых валков, с врезанными ручьями у сортовых;
• шейки: опорные участки под подшипники в подушках;
• приводной конец: трефа, лопасть или шлиц под шпиндель.

Рабочий валок непосредственно деформирует металл. Опорный валок больше по диаметру и нужен только для того, чтобы рабочий не прогибался под усилием прокатки. Соответственно и требования разные: к рабочему валку в первую очередь по твёрдости и износостойкости бочки, к опорному по прочности тела и состоянию шеек.

Нагрузки у валка тяжёлые: изгиб от усилия прокатки, кручение от привода, контактные напряжения на поверхности, а у валков горячей прокатки ещё и термоциклирование, от которого на бочке возникает сетка разгара.

Материалы валков: чугун, сталь, наплавка

Выбор материала определяется тем, что и как прокатывают.

Отбелённый чугунный валок получают направленным охлаждением при литье: поверхностный слой затвердевает с высокой твёрдостью, сердцевина остаётся вязкой. Такой валок хорошо сопротивляется истиранию, но плохо терпит удар и перекос: трещина, пошедшая по бочке, обычно означает списание.

Конкретные марки стали и чугуна под ваш стан подбираются по условиям прокатки и по тому, что стояло раньше. Марки материалов, которые мы применяем для валков и наплавленного слоя, и достижимая твёрдость бочки значения назначаем по документации на деталь.

Валки горячей и холодной прокатки: в чём разница

Главная практическая разница в том, что валок холодной прокатки это прецизионная деталь: от шероховатости и профиля бочки напрямую зависит поверхность готовой полосы. Валок горячей прокатки живёт в куда более грубых условиях, и его меняют по разгару и износу ручьёв.

Привалковая арматура, ножницы и вспомогательное оборудование

Привалковая арматура это то, что стоит непосредственно у валков и удерживает раскат в калибре: вводные и выводные проводки, коробки, линейки, кантующие и петлевые устройства, вкладыши и пропуска. Задача простая: подать заготовку точно в калибр, не дать ей развернуться и снять с валка на выходе. Изнашивается арматура быстро, особенно на горячем прокате: абразив, температура, удары. По сути это расходная оснастка, которую регулярно восстанавливают и делают заново по образцу или по эскизу с заводскими размерами.

Летучие ножницы режут движущийся раскат на ходу: ножи движутся вместе с полосой, поэтому рез идёт без остановки линии. Их ставят на обрезку переднего и заднего концов и на деление раската на мерные длины. Кроме ножниц на стане работают нагревательные и термические печи, рольганги, манипуляторы и кантователи на обжимных станах, петлеобразователи, моталки, правильные машины, холодильники и системы смазки и охлаждения.

Отдельная тема это ремонт узлов такого оборудования: корпуса редукторов, валы ножниц, ролики рольгангов, шестерни приводов. Подробнее: ремонт узлов оборудования.

Перевалка валков: как организована и сколько занимает

Перевалка это замена комплекта валков в клети. На современных листовых станах она механизирована: валки в подушках выкатываются из клети на перевалочной тележке единым комплектом, на их место заводится подготовленный комплект. Рабочие валки меняются чаще опорных, поэтому и схемы перевалки у них разные.

Время перевалки определяют конструкция клети, наличие перевалочного устройства, состояние направляющих и подушек и готовность запасного комплекта. Перевалка рабочих валков быстрее, опорных заметно дольше: нужны кран и разборка большего числа связей. Точные нормативы всегда заводские, по конкретному стану их берут из регламента, а не из общих справок уточняем при расчёте.

Организационное правило одно: комплект должен быть готов заранее. Перешлифованный, проверенный по твёрдости и биению, с исправными подушками и подшипниками. Стан, который стоит и ждёт, пока шлифуют валок, теряет больше, чем стоит запасной комплект.

Калибровка валков, ручьи, переточка и наплавка

Калибровка валков это расчёт и нарезка системы ручьёв, через которые заготовка последовательно превращается в готовый профиль. На каждом проходе сечение уменьшается и меняет форму: типовые системы это ромб-квадрат, овал-квадрат, овал-круг. Для арматурного профиля в чистовом калибре дополнительно врезается рисунок рёбер.

Калибровку мы не изобретаем. Ручьи режутся по заводскому чертежу калибра или по образцу изношенного валка с восстановлением номинального профиля. Если чертежа нет, нужен валок-образец и, желательно, образец готового профиля.

Износ валка проявляется как выработка в ручье, разгарная сетка, выкрошенные участки бочки и износ шеек. Дальше два пути:

• переточка или перешлифовка, пока хватает запаса по диаметру бочки. Каждая переточка съедает диаметр, и в какой-то момент валок уходит в брак по минимальному размеру;
• восстановление наплавкой, когда запаса нет или повреждён локальный участок. Наплавка твёрдым сплавом с последующей механической обработкой и шлифовкой возвращает валку размер.

Чистовая обработка бочки выполняется шлифованием, о шлифовальных работах подробнее на странице шлифовка. Шлифовка после наплавки обязательна: наплавленный слой сам по себе неровный, и без шлифовки валок работать не будет.

Что мы делаем по валкам и что прислать для расчёта

Мы не производим прокатные станы целиком. Мы делаем детали и ремонт: валки, шпиндели, вкладыши, валы привода, восстановление шеек и посадок. Производство в Набережных Челнах, готовые детали отправляем по России.

Что есть по этой теме: токарная и фрезерная обработка на станках HAAS ST-10, HAAS VM3, DMG CTX 310 и PUMA, своя термообработка и ТВЧ, цементация, хромирование, наплавка твёрдым сплавом, шлифовка, хонингование, притирка, балансировка. Цикл от заготовки до готового валка закрывается внутри, без разъездов по подрядчикам.

Коммерческие условия именно по валкам, типовые позиции и порядок работы описаны на странице изготовление прокатных валков. Восстановление изношенных валов, шеек и посадочных мест вынесено на страницу ремонт и восстановление валов.

Что прислать для расчёта:

• чертёж валка или эскиз с размерами бочки, шеек и приводного конца;
• марку стали или чугуна, если она известна, и требования к твёрдости бочки;
• чертёж калибра или образец профиля, если валок сортовой;
• тип подшипникового узла: роликовый или жидкостного трения, с размерами конуса шейки;
• фотографии дефектов и замеры фактического диаметра бочки, если речь о восстановлении;
• количество и требуемый срок.

По ценам честно: подтверждённого прайса по валкам у нас нет, и выдумывать его мы не будем. Каждая позиция считается по чертежу или по образцу, потому что разброс по массе, материалу и объёму обработки огромный: валок для лабораторного стана и опорный валок листового стана это разные производства.

Предельные габариты и масса валка, которые мы берём в работу, зависят от станочного парка и грузоподъёмности предельные размеры подтверждаем по вашей детали. Смежные работы по валам общего назначения собраны на странице изготовление валов.

Вопросы и ответы