В данном учебном пособии рассмотрены конструкции основных и вспомогательных механизмов 20-валковых станов. Использование таких станов позволяет получать тонкую и тончайшую ленту повышенной точности из высокоуглеродистых, нержавеющих и специальных сталей. Пособие предназначено для студентов всех форм обучения по специальностям «Металлургические машины и оборудование», «Обработка металлов давлением».
ВВЕДЕНИЕ
Из теории и практики известны преимущества валков малого диаметра при холодной прокатке металлов. Основными из них являются снижение давления по сравнению с валками большого диаметра в станах кварто или дуо и возможность получить ленту или полосу минимальной толщины.
Многовалковые станы получили свое развитие, с одной стороны, благодаря преимуществу валков малого диаметра и, с другой – повышенному спросу на тонкую и тончайшую ленту из высокоуглеродистых, нержавеющих и специальных сталей повышенной точности, так как прокатка лент на обыкновенных станах усложнена большим количеством пропусков полосы через стан и большим количеством промежуточных термических обработок, а часто практически и вовсе исключается возможность получения такой ленты на обыкновенных станах. Применение многовалковых станов, помимо уменьшения массы прокатного оборудования, экономии металла и удешевления стоимости оборудования, может значительно уменьшить капитальные затраты при строительстве цеха для холодной прокатки. Во время обслуживания многовалковых станов для смены валков нет необходимости в кранах большой грузоподъемности, как это имеет место в случае эксплуатации четырех- или шестивалковых станов при смене опорных валков. Значительно меньшая высота многовалковых станов по сравнению с четырехвалковыми и меньшая грузоподъемность кранов, применяемых при обслуживании многовалковых станов, позволяют уменьшить высоту здания цеха, облегчить подкрановые пути и колонны здания цеха.
Кроме того, опытом эксплуатации многовалковых станов с небольшими диаметрами рабочих валков выявлено очень важное преимущество этих станов – возможность получения полосы высокой точности по поперечному сечению.
На всех современных станах холодной прокатки с четырехвалковыми клетями для уменьшения поперечной разнотолщинности и улучшения планшетности ленты применяются различные устройства, с помощью которых производится регулирование профиля валков.
Регулирование профиля валков производится путем нагрева бочки валков, дифференцированной подачи охлаждающей жидкости по длине бочки валков, противоизгиба рабочих и опорных валков, а также дифференцированной подачи технологической смазки по ширине ленты в очаг деформации.
Тепловые способы регулирования профиля валков позволяют менять профиль валка в значительном диапазоне, но обладают большей инерцией, процесс изменения профиля протекает очень медленно.
Изменением количества подаваемой смазки по ширине ленты можно быстро менять профиль полосы, но трудно добиться стабильной формы полосы особенно при высокоскоростной прокатке.
Последнее время наиболее широкое применение находят комбинированные способы – противоизгиб в сочетании с дифференцированной подачей охлаждающей жидкости.
Толщина крайних точек незначительно отличается от толщины в середине полосы. В сочетании с высокой жесткостью рабочей клети на валках небольшого диаметра значительно легче получить полосу с очень жесткими допусками по толщине на всю длину рулона.
Достаточно указать, что на многовалковых станах получают полосу шириной 1220 мм и толщиной 0,125 мм с допуском на толщину ±3 % при длине полосы в рулоне до 10 000 м. Основные преимущества многовалковых станов послужили причиной широкого распространения многовалковых станов в последние годы во многих странах.
Первое время эти станы применялись для прокатки главным образом труднодеформируемых металлов и сплавов, нержавеющей и трансформаторной стали, узкой полосы.
Последние годы сортамент прокатываемых полос на многовалковых станах расширился как по ширине и толщине полос, так и по прокатываемым материалам. Прокатывают полосы шириной до 2000 мм и планируется изготовление станов для прокатки полосы шириной более 3000 мм.
Возможность получения тонкой полосы толщиной ОД мм при ширине 1000 мм ставит совершенно по-другому вопрос о выборе оборудования для лентопрокатных цехов. В тех случаях, когда заготовка для лентопрокатных цехов будет поступать большой ширины, прокатывать ее на многовалковом стане будут без предварительной продольной резки, как это имеет место в настоящее время. Возможная ширина прокатки полосы в зависимости от конструкции рабочей клети представлена в таблицах.
На рис. 1 и 2 показаны схемы двадцативалковых клетей. На схемах показаны расположение валков и способы определения сил, действующих на валки станов. Здесь величина и направление сил определяются без учета сил трения, возникающих между валками при их перекатывании. Эти силы учитываются при определении момента, необходимого для перекатывания валков при выявлении требуемой мощности стана.
Двенадцативалковые станы применяются при прокатке главным образом менее прочных металлов и сплавов, а двадцативалковые – более прочных и труднодеформируемых металлов.
В имеющейся литературе рассмотрены, в основном, устройство рабочей клети и привод таких станов. Вместе с тем, достоинства станов со всей полнотой могут быть использованы лишь при наличии вспомогательных механизмов, обеспечивающих полную механизацию и автоматизацию процесса прокатки, без них невозможно получение полосы высокого качества и обеспечение необходимой производительности. В данном учебном пособии рассмотрен весь комплекс механизмов 20-валковых станов, необходимых для ведения процесса прокатки.
1. Принципы действия двадцативалковых станов
Двадцативалковые станы холодной прокатки в настоящее время получили широкое распространение в нашей стране для прокатки тонких и тончайших лент из специальных сталей (нержавеющей, легированной, трансформаторной и др.) в рулонах.
Исходной заготовкой для прокатки является как горячекатаный, так и холоднокатаный металл после отжига в рулонах. Прокатка полосы производится за несколько пропусков в зависимости от выбранной схемы калибровки для данной полосы. Наибольшее распространение в отрасли получили станы отечественного производства, а также станы зарубежных фирм.