МАШИНОСТРОЕНИЕ
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
MECHANICAL ENGINE! ’ING Encyclopaedia
Главный редактор академик РАН
К.В. Фролов
Памяти академика
Александра Ивановича Целикова - ученого, конструктора, воспитателя инженерных и научных кадров, внесшего выдающийся вклад в развитие отечественного металлургического машиностроения, посвящается

МАШИНОСТРОЕНИЕ
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ В СОРОКА ТОМАХ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ФРОЛОВ К.В.
Председатель редакционного совета
Члены совета:
Белянин П.Н. (зам. Председателя редсовета и главного редактора), Колесников К.С. (зам. Председателя редсовета и главного редактора), Адамов Е.О., АнфиМОВ Н.А., Асташов В.К., Бессонов А.П., Бюшгенс Г.С., Васильев В.В., Воронин Г.П., Глебов И.А., Долбенко Е.Т, Жесткова И.Н., Кирпичников М.П., Клюев В.В., Ковалевский М.А., Коптев Ю.Н., Ксеневич И.П., Мартынов И.А., Митенков Ф.М., Новожилов Г.В., Носов В.Б., Образцов И.Ф., Панин В.Е., Паничев Н.А., Патон Б.Е., Пашин В.М., Платонов В.Ф., Пугин Н.А., Силаев И.С., Туполев А.А., Федосов Е.А., Фортов В.Е., Черный Г.Г., Шемякин Е.И.
МОСКВА “МАШИНОСТРОЕНИЕ” 2000
“ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ !”
Раздел IV РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ МАШИН
Том IV-5
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Редакторы-составители: академик Академии проблем качества РФ
В.М. Синицкий,
член-корр. Российской инженерной академии
Н.В. Пасечник
Ответственный секретарь канд. техн, наук В.Г. Дрозд
Ответственный редактор тома
В.М. Синицкий
Редакторы тома: А.И. Майоров (Машины и агрегаты доменного производства. Машины непрерывного литья стальных заготовок.
Литейно-прокатные агрегаты. Машины для получения тонких у металлических лент с аморфной структурой),
В.И. Решетов (Машины и агрегаты конвертерных цехов. Машины и агрегаты для внепечной обработки стали), А.Н. Попов (Электротермическое оборудование), В.Г. Дрозд (Машины и агрегаты для производства и отделки проката проволоки, труб, гнутых профилей, деталепрокатные станы)
МОСКВА “МАШИНОСТРОЕНИЕ” 2000
“ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОЕНИЕ !”
УДК 621.01/03
ББК 34.44
М 38
Авторы: Н. В. Пасечник, В. М. Синицкий, В. Г. Дрозд, А. И. Майоров, В. А. Рябов, Г. Г. Галиев, В. И. Решетов, А. В. Протасов, В. В. Егоров, В. М. Нисковских, С. Е. Карлинский, А. Д. Беренов, В. Н. Бобров, С. К. Щипанов, Ю. П. Бойко, В. С. Луковников, А. Л. Угодников, Ю. Е. Рубинштейн, Р. X. Хайдаров, В. И. Карацуба, В. А. Левин, А. Г. Рожков, В. К. Худанов, Л. М. Махлин, В. В. Герасимов, Л. П. Заков, М. Д. Жарницкий, Н. А. Пирогов, М. М. Крутянский, В. С. Малиновский, Л. А. Волохонский, А. П. Губченко, А. А. Никулин, А. С. Ярославцев, А. В. Самсонов, В. А. Чеботарёв, А. М. Ротенберг, Б. А. Сивак, В. А. Вердеревский, Г. С. Никитин, А. Ю. Шевченко, В. В. Суконкин, Р. А. Яковлев, А. Я. Сапожников, В. И. Дунаев, И. М. Меерович, Ю. М. Панфилов, В. И. Дунаевский, А. А. Коростелин, О. В. Соколова, В. И. Лицденба-ум, И. Н. Ионов, Н. Е. Стоша, А. А. Земсков, А. Н. Петичев, В. Б. Хорьков, Б. В. Попов, И. С. Ротов, А. И. Акатов, А. Ф. Аржанов, И. М. Капитонов, Л. Б. Жириков, И. И. Казанская, А. В. Матвеев, Г. М. Шалимов, И. В. Гавриков, Н. П. Закорко, М. М. Гутенмахер, И. А. Коротков, Г. С. Майзелис, Г. Н. Башилов.
Рабочая группа Редакционного совета: К. С. Колесников, В. К. Асташов, П. Н. Белянин, В. В. Васильев, А. П. Бессонов, Н. Н. Боброва, Е. Т. Долбенко, И. Н. Жесткова, Г. В. Москвитян
Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К. В. Фролов (пред.) М 38 и др. М.: Машиностроение.
Машины и агрегаты металлургического производства. Т. IV - 5 / Н. В. Пасечник, В. М. Синицкий, В. Г. Дрозд и др.; Под общ. ред.
В. М. Синицкого, Н. В. Пасечника. 2000. - 912 с., ил.
Содержит сведения по конструкциям металлургических машин и их техническим характеристикам, а так же типовым планировочным решениям металлургических цехов.
Освещен обширный отечественный и мировой опыт в области создания современного уникального металлургического оборудования для получения полуфабрикатов и готовых изделий из черных и цветных металлов. Приведены расчеты, связанные с конструированием машин и агрегатов.
Большое внимание уделено ресурсосберегающему оборудованию, в том числе машинам непрерывного литья, литейнопрокатным агрегатам, деталепрокатным станам и др.
ББК 34.44
ISBN 5-217-02418-6 (Т. IV-5)	© Издательство "Машиностроение”, 2000
ISBN 5-217-01949-2	© "Издательство Машиностроение-1", 2000
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ (Я. В. Пасечник, В. М. Синицкий, В. Г. Дрозд).	15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 22
Раздел 1. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА (В. А. Рябов, Г. Г. Галиев) ........................ 23
Глава 1.1. Доменный цех. Машины и механизмы для подачи шихтовых материалов к доменному подъемнику.................. 23
1.1.1.	Основные сведения о доменных цехах 23 1.1.2. Планы доменных цехов........... 26
1.1.3.	Системы подачи шихтовых материалов к колошниковому подъемнику..........	26
1.1.4.	Системы и оборудование для отсева и уборки мелочи кокса и агломерата.......... 28
1.1.5.	Транспортирование шихтовых материалов ............. 32
1.1.6.	Оборудование для взвешивания шихтовых материалов....	33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 35
Глава 1.2. Доменные колошниковые подъемники..............	35
1.2.1. Способы подачи шихтовых материалов к загрузочному устройству ............ 35
1.2.2. Устройство колошниковых подъемников .............. 35
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 42
Глава 1.3. Машины и механизмы колошникового устройства доменной печи.......... 42
1.3.1.	Колошниковое устройство.......... 42
1.3.2.	Двухконусное
загрузочное устройство 44
1.3.3.	Бесконусные загрузочные устройства 	 45
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 51
Глава 1.4. Машины и механизмы литейного двора...............	51
1.4.1.	Устройство и схемы литейных дворов 	 51
1.4.2.	Машины для вскрытия чугунной летки	 52
1.4.3.	Машины для забивки чугунной летки 	 54
1.4.4.	Машины для разливки чугуна и
шлака.............. 58
1.4.5.	Специальные краны литейного двора 	 58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 60
Глава 1.5. Машины и устройства для уборки и переработки жидких продуктов доменной плавки ... 60
1.5.1.	Способы уборки и переработки жидких продуктов плавки...	60
1.5.2.	Машины для уборки и переработки жидких продуктов плавки.............. 60
1.5.3.	Агрегаты грануляции чугуна и шлака	66
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 67
Глава 1.6. Агрегаты и устройства для подачи дутья в доменную печь................. 67
6
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.6.1.	Подача дутья в доменную печь......	67
1.6.2.	Воздушные и газовые тракты доменной печи........... 67
1.6.3.	Комплекс воздухонагревательных сооружений доменной печи	 68
1.6.4.	Оборудование нагревательного тракта 69
1.6.5.	Оборудование тракта холодного дутья 74
1.6.6.	Оборудование тракта горячего дутья	75
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 76
Глава 1.7. Агрегаты и устройства для очистки и повышения давления доменного газа.................... 77
1.7.1.	Способы пылеулавливания и очистки доменного газа.....	77
1.7.2.	Клапанное оборудование ......... 79
1.7.3.	Оборудование для уборки пыли........ 81
1.7.4.	Система повышения давления доменного газа....... 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 82
Раздел 2. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ КОНВЕРТЕРНЫХ ЦЕХОВ (В. И. Решетов} ........................ S3
Глава 2.1. Конвертеры ....... 83
2.1.1.	Объемно-планировочные решения и состав конвертерного цеха	 83
2.1.2.	Разновидности технологических процессов выплавки стали в конвертерах .•... 84
2.1.3.	Выбор основных технологических параметров конвертеров....	87
2.1.4.	Конструкция конвертера......... 88
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 92
Глава 2.2. Технологическое оборудование конвертерного цеха.................... 92
2.2.1.	Подача скрапа ...	92
2.2.2.	Заливка чугуна ..	94
2.2.3.	Подача дутья в конвертер........... 97
2.2.4.	Слив стали и шлака............... 99
2.2.5.	Машины для ремонтных и монтажных работ........... 102
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............	105
Раздел 3. МАШИНЫ И АГРЕГА-
ТЫ ДЛЯ ВНЕПЕЧ-
НОЙ ОБРАБОТКИ
СТАЛИ............... Ю6
Глава 3.1. Современные способы внепечной обработки стали (А. В. Протасов) 106
Глава 3.2. Порционные и циркуляционные вакуумато-ры (А. В. Протасов) 109
3.2.1.	Общие сведения о вакууматорах......	109
3.2.2.	Вакуумные камеры 	 111
3.2.3.	Тракт подачи сыпучих материалов ...	112
3.2.4.	Газоотводящий тракт	 114
3.2.5.	Оборудование для нагрева вакуум-камеры.............. 115
3.2.6.	Откачное оборудование ............ 116
3.2.7.	Механизмы перемещения ковша • и вакууматора......... 117
3.2.8.	Оборудование для окислительного
вакуумирования......	118
3.2.9.	Автоматизация ..	119
3.2.10.	Средства для ремонта футеровки
вакуум-камеры.......	119
Глава 3.3. Ковшевые вакууматоры (В. И. Решетов)...............	119
3.3.1.	Общие сведения	119
3.3.2.	Конструктивные особенности ковшевых
вакууматоров........	120
3.3.3.	Комбинированные агрегаты........	121
ОГЛАВЛЕНИЕ
7
Глава 3.4. Агрегаты продувки металла порошкообразными	реагентами
(В. В. Егоров).....	122
3.4.1.	Общие сведения	122
3.4.2.	Машина ввода продувочной фурмы в металл и замена фурм 123
3.4.3.	Тракт подачи порошка............. 124
3.4.4.	Тракт подачи сыпучих материалов ...	125
3.4.5.	Машины подачи алюминиевой и порошковой проволоки 125
3.4.6.	Замер параметров плавки.......... 125
3.4.7.	Устройство для эвакуации газов....	126
3.4.8.	Устройство для подогрева расплава.	126
3.4.9.	Автоматизация процесса............ 126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............	126
Раздел 4. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ
ЗАГОТОВОК.......... 128
Глава 4.1. Машины непрерывного лнтья стальных листовых заготовок................	128
4.1.1.	Особенности конструкции машин непрерывного литья слябов (В. М. Нисковских, С. Е. Карпинский) 128
4.1.2.	Оборудование разливочной площадки (В. М. Нисковских, С. Е. Карпинский)..	134
4.1.3.	Кристаллизаторы (В. М. Нисковских, С. Е. Карпинский)..	139
4.1.4.	Оборудование участка вторичного охлаждения сляба
(В. М. Нисковских, С. Е. Карпинский)..	142
4.1.5.	Вторичное технологическое охлаждение слябов (В. М. Нисковских, С. Е. Карпинский) 	 147
4.1.6. Затравка и устройства для выполнения операций с ней
(А. Д. Беренов)....	149
4.1.7. Устройства для разрезки слябов (В. М.
Нисковских, С. Е. Карпинский) ............. 151
4.1.8. Приводы меха-
низмов и устройств машин непрерывного литья слябов (В. Н.
Бобров).............. 153
4.1.9. Электрооборудование и автоматизация машин непрерывного литья слябов (С. К
Щипаное)............. 154
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............	158
Глава 4.2. Машины непрерывного литья стальных сортовых заготовок..................	159
4.2.1.	Общие сведения (Я?. Л. Бойко)......	159
4.2.2.	Особенности конструкции машин непрерывного литья сортовых заготовок
(Ю. П. Бойко).......	160
4.2.3.	Оборудование разливочной площад-
ки (В. С. Луковников) 164
4.2.4.	Кристаллизато-
ры (А. Л. Угодников) ...	166
4.2.5.	Механизмы качания кристаллизаторов (Ю. Е. Рубинштейн) 	 168
4.2.6.	Оборудование зоны вторичного охлаждения (Р. X. Хайда-
ров) ................ 172
4.2.7.	Технологическое охлаждение заготовок
(В. И. Карацуба)....	174
4.2.8.	Тянуще-правильные машины
(В. А. Левин)........ 176
4.2.9.	Затравки и устройства для выполнения с ними операций
(А. Г. Рожков)......	178
4.2.10.	Устройства для разрезки заготовок
(В. К. Худанов).....	181
8
ОГЛАВЛЕНИЕ
4.2.11. Гидравлические			5.1.4. Расчет основных	
	приводы механизмов и			параметров 	
	устройств машин не-			5.1.5. Дуговые печи
	прерывного	литья			постоянного	тока
	заготовок (Л. М. Мах-	185		(М. М. Крутянский,
	лин)				В. С. Малиновский)	
	4.2.12. Элеюропривод		СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		
	и автоматизация машин непрерывного		Глава 5.2.	Вакуумные дуговые
	литья	заготовок			печи (Л. А. Волохон-
	(В. В. Герасимов)		188		ский) 	
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			191		5.2.1. Области приме-
Глава 4.3.	Машины непрерывного литья заготовок гори-			нения вакуумных дуговых печей	
	зонтального типа с			5.2.2. Основные пара-
	односторонним и дву-			метры и технико-эко-
	сторонним вытягивани-			номические показате-
	ем заготовки (Л. П.			ли вакуумных печей ...
	Заков, М. Д. Жарниц-	191		5.2.3. Основные эле-
	кий)				менты конструкции ....
	4.3.1. Разновидности машин непрерывного литья заготовок горизонтального типа и принципы их устрой-			5.2.4. Расчет энергетического баланса и основных параметров печей	
	ства		191	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		
	4.3.2. Машины с одно-		Глава 5.3.	Вакуумные индукцион-
	сторонним вытягива-	194		ные печи (А. П. Губчен-
	нием заготовок				ко)	
	4.3.3. Машины с дву-			5.3.1. Вакуумные ин-
	сторонним вытягива-	197		дукционные плавиль-
	нием заготовок				ные печи	
	4.3.4. Средства контроля параметров тех-			5.3.2. Индукционные печи с холодным тиг-
	нологического процесса и управления ма-			лем 	
	шиной 		198	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		
	4.3.5. Общие принципы проектирования и конструирования горизонтальных машин	199	Глава 5.4.	Печи электрошлако-вого	переплава (А. А. Никулин)	
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			200		5.4.1. Области применения печей элекгро-
Раздел 5.	ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕ-			шлакового переплава.
	СКОЕ ОБОРУДОВА-			Рабочий процесс и
	НИЕ 		202		разновидности элек-
Глава 5.1.	Дуговые сталеплавильные печи (Я. А. Пиро-			трошлаковой техно- логии 	
	гов) 		202		5.4.2. Основные пара-
	5.1.1. Области приме-			метры и технико-
	нения печей	 5.1.2. Основные пара-	202		экономические пока- затели печей	
	метры и технико-эко-			5.4.3. Элементы кон-
	номические показате-			струкции 	
	ли печей переменного тока	 5.1.3. Элементы кон-	202		5.4.4. Расчеты основных параметров 	
	струкции 		205	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		
210
216
220
220
220
221
227
229
233
233
233
238
241
241
241
243
248
252
255
ОГЛАВЛЕНИЕ
9
Глава 5.5.	Оборудование для по-			5.7.5. Электролитиче-	
	лучения	алюминия			ское рафинирование	
	(А. С. Ярославцев, А. В.			никеля		276
	Самсонов)		255	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			277
	5.5.1. Сырьевая база		Глава 5.8.	Оборудование для полу-	
	алюминиевой про-			чения цинка (А. С. Яро-	
	мышленности		255		славцев, А. В. Самсо-	
	5.5.2. Производство			нов) 		277
	глинозема способом			5.8.1. Сырье для полу-	
	Байера		256		чения цинка		277
	5.5.3. Производство			5.8.2. Обжиг цинковых	
	глинозема способом			концентратов		278
	спекания 		258		5.8.3. Выщелачивание	
	5.5.4. Электролитиче-			обожженных цинко-	278
	ское	производство			вых концентратов		
	алюминия		260		5.8.4. Выделение твер-	
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			262		дого остатка при вы-	279
Глава 5.6.	Оборудование для получения меди (А. С. Ярославцев, В. А. Чебота-			щелачивании огарка ...	
				5.8.5. Очистка растворов 		280
	рев)		262		5.8.6. Электролиз цинка 	 5.8.7. Плавка катод-	281
	5.6.1. Сырье для полу-				
	чения меди	 5.6.2. Обжиг в механи-	262			282
				ного цинка 		
	ческой многоподовой		СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			282
	печи		262	Раздел 6.	ЛИТЕИНО-ПРОКАТ-	
	5.6.3. Обжиг в печи с			НЫЕ АГРЕГАТЫ		283
	кипящим слоем		265	Глава 6.1.	Литейно-прокатные	
	5.6.4. Плавка в отра-			агрегаты для стали		283
	жательной печи		266		6.1.1. Листовые литей-	
	5.6.5. Электрические печи		267		но-прокатные агрегаты (А. М. Ротенберг, Б. А. Сивак)		283
	5.6.6. Шахтная печь ....	268		6.1.2. Сортовые ли-	
	5.6.7. Автогенные про-			тейно-прокатные аг-	
	цессы 		269		регаты 		289
	5.6.8. Конвертирование			6.1.2.1. Общие сведе-	289
	медных штейнов		270		ния (А. И. Майоров) ....	
	5.6.9. Рафинирование			6.1.2.2. Литейно-про-	
	черновой меди		271		катный агрегат с планетарным станом для	
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			273		производства сортовых	
Глава 5.7.	Оборудование для полу-			профилей (В. А. Верде-	
	чения никеля (А. С Яро-			ревский, Г. С. Ники-	290
	славцев, В. А. Чебота-			тин) 		
	Рев)		273		6.1.2.3. Литейно-про-	
	5.7.1. Сырье для полу-			катные агрегаты с кле-	
	чения никеля		273		тями поперечно-винтовой прокатки (Б. А.	
	5.7.2.	Переработка			Сивак)		291
	окисленных руд		274		6.1.2.4. Литейно-про-	
	5.7.3. Восстановитель-			катный агрегат с ма-	
	ная электроплавка		276		логабаритной обжим-	
	5.7.4.	Переработка сульфидных медно-			ной группой клетей (А. И. Майоров)		293
	никелевых руд		276	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ			295
10
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 6.2.	Литейно-прокатные агрегаты для цветных
	металлов	 295 6.2.1. Литейно-прокатные агрегаты для производства алюминиевой и медной катанки (А. Ю. Шевченко,
	В. А. Чеботарев)	 295 6.2.2. Литейно-прокатные агрегаты для производства широких полос (В. А. Чебота-
	рев, А.Ю. Шевченко) ...	298 6.2.3. Литейно-прокатные агрегаты для производства узких полос из цветных металлов (В. А. Чеботарев,
	А. В. Самсонов)	 301 6.2.4. Литейно-прокатный агрегат с планетарно-эксцентриковым станом (В. А. Чебота-
	рев, А. В. Самсонов)		302
СПИСОК	ЛИТЕРАТУРЫ	 305
Раздел 7.	МАШИНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ
	(В. В. Суконкин)	 306
Глава 7.1.	Основные конструкции машин для получения лент с аморфной
	структурой	 306 7.1.1. Аморфные сплавы - материалы буду-
	щего 	 306 7.1.2. Промышленное оборудование для получения аморфных
	лент	 308
Глава 7.2.	Особенности конструкций отдельных узлов и систем машин для по-
	лучения аморфных лент 309 7.2.1. Диск-холодиль-
	ник 	 309 7.2.2. Плавильная ка-
	мера 	 310 7.2.3. Система управления технологиче-
	ским процессом	 311
СПИСОК	ЛИТЕРАТУРЫ 	 312
Раздел 8. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОТДЕЛКИ ПРОКАТА, ПРОВОЛОКИ, ТРУБ, ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ. ДЕТАЛЕ-
ПРОКАТНЫЕ СТАНЫ	313
Глава 8.1. Общие сведения {В. Г. Дрозд}............. 313
8.1.1. Сортамент прокатываемой продукции 313
8.1.2. Основные элементы и классифика-
ция прокатных станов 314
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 317
Глава 8.2. Основы теории продольной прокатки (Г. С. Никитин)..............	317
8.2.1.	Очаг деформации, его параметры и кинематика......... 317
8.2.2.	Коэффициент трения между прокатываемым металлом и
валками............ 320
8.2.3.	Пластическая деформация прокатываемого металла....	322
8.2.4. Распределение контактных напряжений по дуге захвата при двухмерной де-
формации ........... 323
8.2.5.	Влияние внешних зон на контактные напряжения.......... 325
8.2.6.	Расчет силы прокатки............ 326
8.2.7.	Определение напряжения течения при линейной деформации 328
8.2.8.	Направление сил, действующих на
валки при прокатке ....	334
8.2.9.	Момент и мощность прокатки.....	334
8.2.10.	Температурный режим прокатки.....	339
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............	341
Глава 8.3. Динамика металлургических машин (Р. А.
Яковлев)............ 341
8.3.1.	Основы динамического расчета....	341
ОГЛАВЛЕНИЕ
11
8.3.2.	Динамический анализ с использованием ЭВМ................ 352
8.3.3.	Ограничение динамических нагрузок в металлургических машинах .................. 353
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 358
Глава 8.4. Обжимные и заготовочные станы (Я. В.
Скоркин)................ 359
8.4.1. Обжимные станы ..................... 359
8.4.2. Заготовочные станы................... 364
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 372
Глава 8.5.	Сортовые станы..... 372
8.5.1.	Крупносортные станы (В. Г. Дрозд). 372
8.5.2.	Рельсобалочные станы (А. Я. Сапожников) 	 384
8.5.3.	Универсальные балочные станы
(А. Я. Сапожников)  390
8.5.4.	Среднесортные станы (В. Г. Дрозд). 395
8.5.5.	Мелкосортные станы (А. Я. Сапожников) 	 410
8.5.6.	Проволочные станы (А. Я. Сапожников) 	 417
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 422
Глава 8.6. Оборудование и расчеты рабочих линий сортовых станов (А. Я. Сапожников) .................. 422
8.6.1.	Рабочие	линии	..	422
8.6.2.	Рабочие	клети	...	432
8.6.3.	Валки....... 442
8.6.4.	Подшипники рабочих валков......	467
8.6.5.	Станины и блоки подушек.............. 475
8.6.6.	Механизмы радиальной установки валков.................. 479
8.6.7.	Механизмы осевой установки валков 481
8.6.8.	Устройства для смены валков и клетей 489
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 498
Глава 8.7. Листовые станы горячей прокатки.................. 499
8.7.1.	Толстолистовые
станы (В. И. Дунаев) ...	499
8.7.2.	Широкополосовые станы (И. М. Меерович) 	 513
8.7.3.	Повышение эффективности работы станов (И. М. Меерович, В. И. Дунаев).	521
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............ 528
Глава 8.8. Листовые станы хо-
лодной прокатки.... 528
8.8.1. Станы для производства конструкционных и автомобильных листов (И. М. Мее-
рович) .............. 528
8.8.2.	Станы для производства жести
(И. М. Меерович).... 544
8.8.3.	Станы для производства полос из алюминия и его спла-
вов (И. М. Меерович) ..	547
8.8.4.	Многовалковые станы (Ю. М. Панфилов) 	 550
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............. 554
Глава 8.9. Агрегаты травления листового проката и нанесения на прокат защитного покрытия
(В. И. Дунаевский)..	554
8.9.1.	Классификация агрегатов............ 554
8.9.2.	Защитные свойства покрытий.......	555
8.9.3.	Линии обезжиривания ............. 557
8.9.4.	Линии травления 	 • 558
8.9.5.	Агрегаты для травления полос из низкоутлеродисгых ста-
лей ................. 559
8.9.6.	Агрегаты для травления полос из легированных сталей и прецизионных сплавов 561
8.9.7.	Агрегаты для нанесения металлических покрытий методом погружения в
расплав.............. 564
12
ОГЛАВЛЕНИЕ
8.9.8. Агрегаты для электроосаждения металлических покрытий	566
8.9.9. Агрегаты для нанесения полимерных покрытий		568
8.9.10. Входные и выходные участки непрерывных агрегатов обработки полосы 		569
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		577
Глава 8.10. Волочильные и калиб-	
ровочные станы, станы для производства стальных фасонных профилей высокой точности (А. А. Коростелийу		578
8.10.1. Общие сведения 		578
8.10.2. Волочильные станы барабанного типа 		579
8.10.3. Вспомогательное оборудование		592
8.10.4. Волочильные станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла ..	599
8.10.5. Станы для производства фасонных профилей высокой точности		603
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		608
Глава 8.11. Агрегаты и станы для	
горячей прокатки труб	608
8.11.1. Трубопрокатные агрегаты (В. А. Вердеревский) 		608
8.11.2. Станы продольной	прокатки (В. А. Вердеревский) ....	619
8.11.3. Станы пилиг-римовой	прокатки (О. В. Соколова)		628
8.11.4. Станы поперечно-винтовой прокатки (О. В. Соколова)	632
8.11.5. Планетарные станы	поперечно- винтовой прокатки (В. И. Линденбаум)		638
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ		640
Глава 8.12. Станы для производства холоднодеформиро-ванных труб.................... 640
8.12.1.	Валковые станы холодной прокатки труб (В. А. Вердеревский) ....	640
8.12.2.	Роликовые станы холодной прокатки труб (В. А. Вердеревский) 	 652
8.12.3.	Непрерывные станы холодной прокатки (О. В. Соколова) 657
8.12.4.	Станы поперечной прокатки (Я. Я. Ионов).......	658
8.12.5.	Планетарные станы (Н. Е. Стоша) ..	662
8.12.6.	Трубоволочильные	станы
(О.	В. Соколова). 664
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............... 671
Глава 8.13. Агрегаты и станы для производства сварных труб (В. А. Вердеревский) ......................... 671
8.13.1.	Агрегаты для изготовления электросварных прямошовных труб	 671
8.13.2.	Агрегаты для изготовления спирально-шовных труб......	688
8.13.3.	Непрерывные агрегаты печной сварки труб	 697
8.13.4.	Агрегаты для изготовления свертных паяных труб......... 702
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............... 704
Глава 8.14. Машины и агрегаты для нанесения защитных покрытий на трубы (А. А. Земсков)...............	704
8.14.1.	Оборудование для подготовки поверхности труб под покрытие............ 704
8.14.2.	Агрегаты для нанесения металлических покрытий.......	707
8.14.3.	Агрегаты для нанесения полимерных покрытий........	711
ОГЛАВЛЕНИЕ
13
8.14.4. Агрегаты для нанесения порошковых термореактивных
материалов		714
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	 Глава 8.15. Профилегибочные аг-	716
регаты (А. Н. Петичев) 8.15.1. Агрегаты для производства сортовых гнутых профилей и Профилированных лис-	716
тов	 8.15.2. Агрегаты для производства сварных	717
профилей		733
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	 Глава 8.16. Машины для транспортирования и охлаждения проката (В. Б.	735
Хорьков)	 8.16.1. Машины для продольного переме-	736
щения проката	 8.16.2. Устройства для остановки проката на	736
рольгангах и упоры .... 8.16.3. Машины для поперечного перемещения проката и пе-	743
рекладчики 	 8.16.4. Холодильники	746
проката	 8.16.5. Кантующие хо-	750
лодильники 	 8.16.6. Толкатели и	753
манипуляторы	 8.16.7. Устройства для торможения проката и загрузки холодильников	мелкосортных	758
станов		760
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	 Глава 8.17. Ножницы металлургических цехов (Б. В. По-	761
пов) 	 8.17.1. Назначение и классификация нож-	761
ниц 	 8.17.2. Энергосиловые параметры процесса	761
резания		765
8.17.3.	Конструкции стационарных ножниц поперечной резки.. 773
8.17.4.	Конструкции летучих ножниц поперечной резки......	781
8.17.5.	Конструкции ножниц продольной
резки.............. 794
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 796
Глава 8.18. Пилы металлургических цехов (Б. В. Попов) .......................... 797
8.18.1. Назначение и
классификация пил ....	797
8.18.2. Пильные диски 798
*	8.18.3. Энергосиловые
параметры процесса резания............ 805
8.18.4. Конструкции пил................ 808
8.18.5. Участки резки 819
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 820
Глава 8.19. Правильные машины (Я. С. Ротов).................	820
8.19.1.	Листоправильные машины......... 820
8.19.2.	Сортоправильные машины......... 828
8.19.3.	Трубоправильные машины........	832
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............. 842
Глава 8.20. Машины для сматывания (моталки) (А. И.
Акатов)............ 843
8.20.1.	Принципы сматывания ........... 843
8.20.2.	Моталки сво-
бодного сматывания ...	843
8.20.3.	Полосовые моталки 	 849
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.............	854
Глава 8.21. Деталепрокатные станы ............................ 854
8.21.1. Однопозиционные станы горячей прокатки цилиндрических зубчатых колес
(А. Ф. Аржанов)...	854
14
ОГЛАВЛЕНИЕ
8.21.2. Двухпозицион-	
ные станы горячей прокатки цилиндрических зубчатых колес (И. М. Капитонов)		Ъ5Ь
8.21.3. Станы для прокатки звездочек цепных передач {Л. Б. Жири-ков) 		859
8.21.4. Стан для прокатки беговой дорож-	
ки крановых колес (И. М. Капитонов, Б. А. Сивак)		861
8.21.5. Валковые станы прутковой поперечноклиновой прокатки (Я Я. Казанская)		865
8.21.6. Инструмент для поперечно-клиновой прокатки (А. В. Матвеев) 		869
8.21.7. Станы для прокатки крупногабаритных колец (Г. М. Шалимов) 		871
8.21.8. Стан-автомат для прокатки подшипниковых колец (Я. В. Гавриков)		874
8.21.9.	Станы для прокатки периодических профилей (Н. П. За-
корко)................. 977
8.21.10.	Станы для продольно-винтовой прокатки сверл (М. М.
Гутенмахер)............ 880
8.21.11.	Станы для прокатки винтовых профилей (Я. А. Ко-
ротков) ............... 881
8.21.12.	Станы для прокатки коротких тел вращения в винтовых калибрах (В. И. Коте-
нок) ............. 884
8.21.13. Агрегат для прокатки кольцевых и втулочных изделий
(Г. С. Майзелис)..	888
8.21.14. Станы для производства железнодорожных колес
(Г. Н. Башилов)...	892
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........... 896
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ........	897
ВВЕДЕНИЕ
Сталь остается наиболее распространенным металлом в машиностроении. Металлургия является базовой отраслью экономики всех промышленно развитых стран. История металлургии - это история цивилизации. Она начинается с освоения и использования человеком в мирных и военных целях металлов и их сплавов. Стремление многих поколений людей к наиболее дешевым способам производства как можно большего количества металла вызвало развитие науки о металле, его строении и свойствах, привело к созданию для его производства сначала достаточно примитивных, а затем все более сложных конструкций машин и агрегатов, их приводных устройств, нагревательных средств, систем управления и автоматизации.
Современные агрегаты во многом схожи с теми, которые были созданы в далеком прошлом. Первым в технологической цепи агрегатом, с помощью которого получают жидкий металл, является доменная печь. Ее прообразом служит печь, созданная еще в середине XIV в. Несмотря на новейшие способы получения железа и его сплавов внедоменными процессами, подавляющее количество производящегося в мире чугуна сегодня и, видимо, -в ближайшие десятилетия будут получать с помощью домен. Но как технически усовершенствовали домны! Из примитивных шахтных печей с полезным объемом 30 - 40 м3 они превратились в автоматизированные гиганты с полезным объемом 5500 м3 (домна "Северянка" Череповецкого металлургического комбината) и ежесуточной производительностью более 10-11 тыс. т чугуна !
Наиболее распространенные в земной коре металлы - это алюминий (около 8,8 %) и железо (около 4,65 %), производство и потребление которых является основой цивилизации и технического прогресса.
За всю историю человечества до XX в. в мире было произведено 1,2 млрд, т черных металлов, а за 95 лет текущего столетия - более 23 млрд. т.
Анализируя в 1979 г. прогнозы развития металлургии, академик А. И. Целиков отметил, что в обозримом будущем сталь по-прежнему сохранит свое значение как основной материал в машиностроении, промышленном строительстве, трубопроводном транспорте и других отраслях [1]. При этом доля стального проката с 80 % общего производства
стали будет и дальше увеличиваться, так как сталь является металлом, обладающим наибольшей прочностью, отнесенной к стоимости единицы объема [61.
Основные показатели мирового развития черной металлургии в 1970 - 2010 гт. приведены в табл. 1. Производство стали непрерывно увеличивалось до 1990 г. К 2000 г. ожидается стабилизация мирового производства стали на уровне 750 - 800 млн. т в год. Вместе с этим Международный институт черной металлургии прогнозирует спрос на продукцию черной металлургии в 2010 г. до 885 млн. т в результате роста потребления в развивающихся государствах и практически стабильного потребления в промышленно развитых странах [2].
Изменения мирового производства стали (рис. 1) за последнее десятилетие (1986 - 1996 гг.) приведены по материалам первой международной конференции "Металлургия России в зеркале мирового рынка”. Показатель производства стали (изменение производства стали, %) по данным рис. 1 колеблется; наибольший спад производства соответствует 1991 г., т.е. началу кризиса в странах восточной Европы и в республиках бывшего СССР [4 J.
В табл. 2 даны сведения о производстве черных металлов в России, СССР и СНГ; соотношения производств продукции черной металлургии в различных промышленно развитых странах мира - в табл. 3 и 4. Если до 1990 г. СССР занимал лидирующее положение в общемировом производстве, то в последние годы это лидирующее положение утрачено. Достигнутый ранее рост производства стали в СССР (см. табл. 2) стал возможным благодаря созданию и развитию отрасли металлургического машиностроения.
16
ВВЕДЕНИЕ
1. Основные показатели развития мировой черной металлургии
Показатель	Год								
	1970	1980	1970 -1980*1	1990	1980 -1990*1	2000*2	1990 -2000*1	2010*2	2000-2010*1
Производство стали, млн. т	595,4	715,6	2,0	780,3	0,9	784,6	0,1	885,5	0,8
Экспорт готовой стальной продукции, млн. т	90,4	140,7	5,6	168,3	2,0	222,0	3,2	247,1	1,1
Действительное потребление готовой стальной продукции, млн. т	432,0	574,1	3,3	650,4	1,3	674,1	0,4	781,1	1,6
Производственные мощности по выплавке стали, млн. т	702,8	870,0	2,4	932,4	0,7	1014,2	0,9	1103,7	0,9
Использование производственной мощности, %	0,85	0,82	-	0,83	-	0,77	-	0,80	-
+1 Среднегодовой прирост, %.
*2 Оценка (прогноз).
2. Производство черных металлов в России, СССР и СНГ, млн. т
Год	Продукция		
	Чугун	Сталь	Прокат
1913 (Россия)	4,2	4,3	3,6
1929 (СССР)	4,3	4,9	3,9
1933 (СССР) "	7,1	6,9	5,1
1937 (СССР)	14,5	17,7	13,0
1940 (СССР)	14,9	18,3	13,1
1945 (СССР)	8,8	12,3	8,5
1950 (СССР)	19,2	27,3	20,9
1955 (СССР)	33,3	45,3	30,6
1960 (СССР)	46,8	65,3	43,7
1965 (СССР)	66,2	91,0	61,7
1970 (СССР)	85,9	116,0	80,6
1974 (СССР)	99,9	136,0	94,2
1980 (СССР)	107,2	146,8	102,0
1985 (СССР)	111,0	152,9	107,4
1990 (СССР)	113,0	164,0	115,0
1995 (СНГ)	56,9	75,3	63,9
ВВЕДЕНИЕ
17
3. Производство стали различными странами (в том числе по видам) и доля непрерывной разливки
Страна	Производство стали по годам, млн. т				Производство стали по видам, %			Доля непрерывной разливки*. %
	1993	1994	1995	1996	Конвертерная	Электро-печная	Мартеновская	
Германия	37,6	40,8	41,8	39,8	76	24	-	95
Япония	99,6	98,3	101,6	98,8	67	33	-	96
США	88,8	91,2	92,0	94,4	61	39	-	90
КНР	89,5	91,5	93,5	100,4	64	21	15	40
Южная Корея	33,0	33,7	36,8	39,0	64	36	-	98
Россия	58,3	48,8	51,4	49,1	48	13	39	37
Украина	32,4	24,1	22,1	21,7	44	6	50	8,1
Бразилия	-	22,7	25,1	25,3	78	22	-	59
Всего (в шестидесяти семи странах)	730,8	725,5	751,6	750,8	-	-	-	-
♦ Данные за 1995 г.
4. Производство проката из черных металлов, млн. т
Страна	Прокат	Год		
		1980	1985	1990
СССР	Сортовые заготовки	59,3	62,7	68
	Лист	42,7	44,7	47
	Всего	102,0	107,4	115
США	Сортовые заготовки	28	22	20
	Лист	50	43	40
	Всего	78	65	60
Япония	Сортовые заготовки	43	42	39
	Лист	56	57	54
	Всего	99	99	93
ФРГ (Германия)	Сортовые заготовки	17	15	12
	Лист	20	20	20
	Всего-	37	35	32
Алюминий обладает рядом преимуществ по сравнению с железом. Его удельная масса (2699 кг/м3) почти в 3 раза меньше удельной массы железа (7874 кг/м3), он устойчив против коррозии, обладает достаточно высокой электропроводностью. Алюминий и его деформируемые сплавы хорошо прессуются и прокаты
ваются; из литейных сплавов литьем под давлением получают изделия сложной формы; при понижении температуры ударная вязкость алюминия практически не уменьшается. Прочность ряда алюминиевых сплавов достигает прочности малоуглеродистых марок стали.
18
ВВЕДЕНИЕ
Главной причиной, сдерживающей более широкое применение алюминия по сравнению со сталью, является его стоимость, отнесенная к единице объема, превышающая в 3 - 4 раза стоимость стали. На каждую тонну извлеченного расплавленного алюминия приходится затрачивать электроэнергии примерно в 30 раз больше, чем на выплавку стали в электропечах. Мировое производство алюминия, по сравнению со сталью, значительно меньше.
В 1996 г. потребление черных металлов и алюминия на душу населения в промышленно развитых странах составило:
Страна Стальной прокат, Алюминий, кг	кг
США	360	19,7
Япония	595	17,7
Германия	344	14,4
Россия	122	2,7
Мировое производство рафинированной меди, цинка и никеля в том же году, млн. т:
Медь...........................12, 35
Цинк...........................7,32
Никель.........................1,60
Металлургическое машиностроение в СССР как специализированная отрасль начало создаваться после 1925 г., когда была поставлена задача индустриализации страны. Большое значение для успешного осуществления программы строительства новых металлургических заводов имело создание в 1926 г. Государственного института по проектированию металлургических заводов (Гипромез).
Для создания нового металлургического оборудования вначале привлекли некоторые из действующих заводов, и в том числе, крупный Ижорский завод (г. Колпино), на котором в 1932 г. были изготовлены первые два советских блуминга для металлургических заводов в городах Макеевка и Днепродзержинск (оба на Украине).
В этот же период был реконструирован Старокраматорский машиностроительный завод (СКМЗ, Украина), который стал первым в СССР специализированным предприятием по изготовлению отделочного оборудования для прокатных станов, а также построен Иркутский завод тяжелого машиностроения (ИЗТМ) и вошел в состав отрасли Днепропетровский завод металлургического оборудования (ДЗМО, Украина).
В конце 1932 г. были введены в действие первые агрегаты на двух будущих гигантах черной металлургии - Новокузнецком и Магнитогорском комбинатах. Началось строительство других крупных заводов: "Запорожсталь", "Азовсталь", Нижнетагильского и др.
В годы Великой Отечественной войны начала действовать первая очередь Челябинского металлургического комбината. В после
военные и последующие 50 - 60 гг. вступили в строй такие крупные комбинаты, как Новолипецкий, Череповецкий, Орско-Халиловский, Западно-Сибирский и др.
Производительность этих металлургических комбинатов составляет 8-10 млн. т в год стали и более. Основными цехами являются доменный, сталеплавильный, прокатные и трубопрокатные.
В 1932 г. изготовлено 6,9 тыс. т металлургического оборудования, что почти в 3,5 раза больше, чем в 1913 г. В 1933 - 1934 гг. построены два крупнейших завода тяжелого машиностроения: Уральский завод тяжелого машиностроения (УЗТМ) в г. Свердловске* (1933 г.) и Ново-Краматорский машиностроительный завод (НКМЗ) в г. Краматорске (1934 г., Украина). С вводом в эксплуатацию этих заводов в СССР возросло производство агломерационного, доменного, сталеплавильного и прокатного оборудования. Производство металлургического оборудования в 1937 г. возросло до 18,4 тыс. т или более чем в 2,6 раза по сравнению с 1932 г.
Во время Великой Отечественной войны (1941 - 1945 гг.) были построены еще три завода металлургического машиностроения -Алма-Атинский завод тяжелого машиностроения (АЗТМ), Казахстан, Южно-Уральский машиностроительный завод (ЮУМЗ) в г. Орске и завод тяжелого машиностроения в г. Электростали (ЭЗТМ), а в послевоенный период (1958 г.) - завод тяжелого машиностроения "Азовмаш" в г. Мариуполе (Украина).
В 1973 г. общий объем производства металлургического оборудования в СССР возрос, по сравнению с 1932 г., в 50 раз и составил более 345 тыс. т (табл. 5).
УЗТМ. Оснащенные техникой Уралмаша доменные печи выплавляют свыше 70 % чугуна, производимого в странах СНГ. На прокатном оборудовании, изготовленном на УЗТМ, производят всю выпускаемую в СНГ трансформаторную сталь, до 80 % автомобильного листа и жести. На долю УЗТМ приходится не менее 25 % прокатного оборудования, изготовленного в СНГ. УЗТМ - один из крупнейших заводов по проектированию и изготовлению машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
НКМЗ специализируется на производстве листовых прокатных станов горячей прокатки. До войны на заводе были изготовлены первые слябинги, тонколистовой широкополосный стан; после войны - листовой стан 2000, на котором достигнута рекордная в мировой практике производительность -6,1 млн. т листа в год. Впервые были изготовлены передвижные миксеры вместимостью 150 - 600 т жидкого чугуна. Более половины всего проката в странах СНГ производят на оборудовании, изготовленном на НКМЗ.
* Ныне Екатеринбург
ВВЕДЕНИЕ
19
5. Производство металлургического оборудования в СССР, тыс. т
Год	Произведено металлургического оборудования	
	всего	в том числе прокатного
1913	2,0	-
1928	4,0	-
1932	6,9	3,7
1937	18,4	11,2
1940	23,7	-
1946	39,1	15,5
1950	111,2	66,1
1955	172,0	108,5
1960	218,3	120,6
1965	242,3	111,2
1970	314,0	140,1
1975	-	129,7
1986 и 1987 (суммарно)	462,7	161,3
С К М 3 специализируется на производстве отделочного оборудования прокатных станов, а с конца, 60-ых гг. - также на производстве оборудования для получения гнутых профилей.
Ю У М 3 специализируется на комплектной поставке по следующей номенклатуре: оборудование доменное, агломерационное, сталеплавильное; блюмовые, слябовые и сортовые МНЛЗ, валки для прокатных станов, конверторное и печное оборудование для цветной металлургии и др.
Э 3 Т М специализирован на выпуске трубопрокатного оборудования. Трубопрокатные заводы России, Украины, Грузии специализированы и оснащены оборудованием, выпускающим бесшовные и сварные трубы нефтяного и котельного сортаментов, для изготовления трубопроводов, смазочных систем диаметром от нескольких миллиметров до 2,5 м.
Всего в СНГ в специализированном и кооперированном производствах металлургического оборудования занято более тридцати машиностроительных заводов [3], о наиболее крупных из которых сказано выше.
Особенность металлургического машиностроения - наличие четко выраженных черт индивидуального производства, так как период разработки, изготовления, монтажа, пуска и выхода на проектную мощность крупных металлургических агрегатов (домен, МНЛЗ и прокатных станов), составляет несколько лет. Поэтому по одному
конструкторскому проекту создается один уникальный объект, в редких случаях - несколько. Накопленный опыт, новые научно-технические достижения, результаты работ фирм-конкурентов заставляют искать новые решения при создании каждого последующего объекта. Вот почему в металлургическом машиностроении велики доля и значение научно-исследовательского и конструкторского труда, определяющих техническое совершенство и прогресс отрасли.
В Н И И М Е Т М А Ш . Для обеспечения разработки конструкций металлургических машин с учетом новейших достижений науки и техники в 1945 г. было организовано в г. Москве Центральное конструкторское бюро металлургического машиностроения (ЦКБММ), реорганизованное в 1959 г. во Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШ, в настоящее время - Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения им. акад. А. И. Целикова").
В период 1959 - 1984 гг. генеральным директором ВНИИМЕТМАШа был выдающийся ученый, конструктор и педагог академик Александр Иванович Целиков (1904 -1984 гг.). Под его руководством ВНИИМЕТМАШ стал ведущим институтом металлургического машиностроения: на машинах и агрегатах, созданных с участием конструкторов и ученых ВНИИМЕТМАШа, в странах СНГ производят 80 % конвертерной стали; проката до 70 %; горячекатаных труб до 50 %; сварных труб до 30 %; алюминиевой катанки более 90 %.
За свою полувековую творческую деятельность А. И. Целиков опубликовал большое число изобретений, научных статей, монографий и учебников. Многие из его трудов, посвященные конструированию и расчетам металлургических машин, до настоящего времени являются настольными книгами конструкторов и студентов. Среди них: "Прокатные станы" (1946 - 1958 гг.), "Механизмы прокатных станов" (1946 г.), "Теория расчета усилий в прокатных станах" (1962 г.), "Основы теории прокатки" (1965 г.), "Специальные прокатные станы" (совместно с другими авторами; 1971 г.), "Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее" (1979 г.), "Машины и агрегаты металлургических заводов” (совместно с другими авторами; в 3 т.; 1976 -1981 гг.).
В создании металлургического оборудования наряду с А. И. Целиковым большой вклад внесли: Г. Л. Химич, Т.Н. Краузе, А. Д. Кузьмин, В. В. Носаль, В. И. Пономарев,
20
ВВЕДЕНИЕ
А. Б. Верник, Н. В. Молочников, А. И. Майоров, Ю. П. Бойко, А. А. Королев и многие другие.
ВНИИМЕТМАШ им. А. И. Целикова является пионером в области создания и широкого применения деталепрокатных станов различных типов, на которых производят шары, ролики, втулки, зубчатые колеса, сверла, червяки, ребристые трубы и другие изделия.
Кислородно-конвертерное производство стали. Подлинной революцией в металлургии XX в. (60 - 70 гг.) явилось широчайшее применение выплавки стали в кислородно -конвертерных цехах с последующей ее разливкой на машинах непрерывного литья (МНЛЗ). Приоритет разработки конструкции и промышленного внедрения этих машин принадлежит России.
Еще перед Великой Отечественной войной, а затем сразу после ее^окончания опыты по разливке на наклонной установке проводились на московском заводе "Серп и Молот" академиком И. П. Бардиным и инженером М. Ф. Голдобиным. Позднее (1951 - 1955 гг.) специалистами черной металлургии были созданы машины вертикальной конструкции, начавшие работать на Сормовском, Новотульском, Новолипецком и других металлургических заводах.
При этом впервые в мировой практике на Новолипецком металлургическом заводе, благодаря МНЛЗ, всю сталь стали разливать непрерывным способом. Это позволило исключить парк изложниц и обжимной стан.
Решающий шаг в развитии МНЛЗ - создание конструкторами и исследователями ВНИИМЕТМАШа, Уралмашзавода и Юж-уралмашзавода МНЛЗ радиального и криволинейного типов. С созданием непрерывной разливки из металлургического цикла исключаются парк изложниц и их подготовка, стрипперное отделение, блюминги и слябинги, их нагревательные средства и заготовочные станы; повышается использование жидкой стали с 65 - 75 до 92 - 95 %, так как не требуется обрезать для повторной переплавки некондиционные головную и донную части слитка, получаемого в изложнице.
Ближайшее будущее непрерывного литья стали состоит в широком применении его с последующей прокаткой в одном совмещенном агрегате. Такие агрегаты уже нашли широкое применение при получении катанки и полос из алюминиевых сплавов. Их также начали применять при производстве стального проката.
Хорошие показатели по энергосбережению, расходу жидкой стали и гибкости выполнения заказов разного марочного состава имеют совмещенные литейнопрокатные агрегаты (ЛПА) для получения сортового профиля. Первый из
них, состоящий из МНЛЗ, планетарного и калибровочного станов, создан ВНИМЕТ-МАШем, Электростальским металлургическим заводом и МГТУ им. Н. Э. Баумана.
Аспекты долговременного развития. Очевидно, значительная часть стального проката по-прежнему будет производиться на металлургических комбинатах с полным циклом. Основные направления их развития - модернизация и реконструкция. Вместе с тем следует ожидать дальнейшего увеличения доли металла, приходящегося на современные минизаводы, представляющие уже сейчас самостоятельную разновидность черной металлургии со своей технологической, организационной и сырьевой спецификой.
Под термином "Мини-завод" (независимо от масштабов производства) обычно понимают основное технологическое оборудование для получения проката, включающее электропечь, МНЛЗ и прокатный стан. При этом подразумевается наличие вспомогательных производств и служб, а также необходимой инфраструктуры.
Если в прошлом практически все минизаводы были специализированы на производстве ограниченного сортамента простых профилей из металла обыкновенного качества, то многие новые мини-заводы за рубежом ориентируются на производство специальных, в том числе легированных, сталей и на выпуск широкого сортамента прокатной продукции. Большое распространение эти заводы получили за рубежом. Практически все ведущие фирмы-производители металлургического оборудования - "Даниэли" (Италия); "Маннесман-Демаг", "Шлеман-Зимаг" (ФРГ); "Фест Альпине" (Австрия) и др. - внесли значительный вклад в разработку концепции современного мини-завода. Предложения по развитию мини-заводов в России в конце 70-ых гг. выдвигались А. И. Целиковым и В. И. Зюзиным. Необходимым условием эффективного функционирования мини-завода является обеспечение современного технического уровня в сталеплавильном производстве.
МНЛЗ оснащены современными автоматизированными системами поддержания уровня металла в кристаллизаторе, средствами защиты струи разливаемого металла, кристаллизаторами гильзового типа с увеличенной стойкостью, электромагнитными перемешивателя-ми, водовоздушным охлаждением и другими современными средствами улучшения качества слитка, повышения надежности и производительности МНЛЗ.
В последние годы все более широкое распространение получают совмещенные ЛПА, позволяющие использовать первородную теплоту непрерывно-литой заготовки для последующей прокатки и максимально приблизить
ВВЕДЕНИЕ
21
поперечное сечение непрерывно-литой заготовки к сечению готового проката.
Благодаря использованию более дешевого сырья, меньшим затратам на электроэнергию, более высоким экологическим показателям и другим преимуществам мини-заводы успешно конкурируют с металлургическими комбинатами. Производительность современных мини-заводов может колебаться в широких пределах от 10 - 20 до 100 - 700 тыс. т в год при сортовой специализации и до 1 - 2 млн. т проката в год при листовой специализации. При этом в практике строительства металлургических заводов отчетливо прослеживаются два противоположных подхода -использование известного эффекта снижения удельных затрат на производство любой продукции при наращивании единичной мощности основных технологических агрегатов и создание компактных металлургических модулей с довольно небольшой производительностью (до 150 тыс. т в год).
В первом случае создается мощная производственная база с развитой инфраструктурой, транспортной сетью, вспомогательными производствами и исследовательскими центрами. Это требует значительных капитальных затрат, многочисленного квалифицированного персонала, подключения к мощным источникам энергоснабжения и создает значительные нагрузки на окружающую среду. По сути такие заводы не очень отличаются от традиционных металлургических комбинатов той же производительности.
В последние годы получают распространение ЛПА для производства горячекатаных полос из тонких слябов. Существуют различные варианты конструкции подобных агрегатов, разработанные зарубежными фирмами SMS , "Шлеман-Зимаг", "Маннесман-Демаг” (ФРГ), "Даниэли" (Италия), а также ВНИИ-МЕТМАШем [5].
Усиленными темпами идет разработка агрегатов для отливки тонких полос, годных для последующей холодной прокатки.
Второе направление развития металлургических мини-заводов предполагает их размещение непосредственно в местах образования металлолома и производство в небольших количествах металлопродукции, удовлетворяющей потребности конкретных регионов в арматуре, проволоке, уголках и других ходовых видах проката или машиностроительных деталях (шарах, осях, звездочках и т.д.).
Мини-заводы небольшой производительности успешно эксплуатируют в различных странах. В начале 90-ых гг. в мире функ
ционировало около 390 мини-заводов общей годовой мощностью более 200 млн. т стали. В России это направление наиболее актуально в связи со значительной территорией, протяженностью транспортных магистралей, большими запасами металлолома, особенно в районах Крайнего Севера и Дальнего Востока.
Основная масса производимой металлургией продукции, поставляемой потребителю, составляет прокат. Совершенствование конструкций прокатных станов происходит непрерывно, и оно будет продолжаться с целью как улучшения потребительских свойств выпускаемой продукции, так и долговечности работы оборудования, повышения его экологичности, снижения расхода потребляемых энергоресурсов и численности обслуживающего персонала.
Общим для всех стран при вводе нового агрегата, цеха, завода, реконструкции и модернизации оборудования стало соблюдение правила: энергия + экология + экономия, т.е. выбор наименее энергоемкой, экологически чистой и экономически эффективной технологии.
Основные принципы развития металлургического машиностроения (А. И. Целиков) следующие: использование принципиально новых машин; повышение единичной производительности или мощности; автоматизация систем машин; совершенствование материалов и снижение металлоемкости машин; повышение надежности и ресурсов машин; специализация машиностроения; динамичность структуры машиностроения; проведение капитальных ремонтов выпускаемых машин соответствующими отраслями машиностроения; международная специализация машиностроения.
В этом томе энциклопедии не удалось охватить многие другие производства, прямо или косвенно связанные с производством металла - это грузоподъемные машины усредни-тельных складов, оборудование переработки руд (дробилки и мельницы), обогащения и получения железосодержащих концентратов, спекания и частичного восстановления оксидов железа на аглофабриках и фабриках окатышей горно-обогатительных и металлургических комбинатов, механизмы для производства огнеупоров и конструкции машин нанесения огнеупорных обмазок, машин стрипперных отделений, еще существующих на ряде заводов, и наконец, оборудование мартеновских печей, более века являющихся основным производителем жидкой стали, но прекращающих свою жизнь в металлургии. Подобная струкгу-
22
ВВЕДЕНИЕ
ра тома объясняется тем, что перечисленное оборудование более относится к горно-обогатительной и другим отраслям техники, а описания дополнительных видов машин еще более увеличил бы объем тома.
По нашему глубокому убеждению металлургия XXI в. должна представлять собой гармоничное сочетание модернизированных комбинатов, крупных и средних высокопроизводительных мини-заводов, компактных ЛПА в модульном исполнении в составе самостоятельных мини-заводов или крупных металлургических или машиностроительных предприятий и передвижных комплексов по первичной переработке металлолома.
Мы уверены, что поколения создателей металлургического оборудования XXI в., используя накопленный опыт, превзойдут достигнутое и обеспечат новейшим оборудованием металлургов, продукция которых необходима для изготовления любых конструкций и сооружений, транспорта, орудий труда и личного имущества населения нашего Отечества.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Александр Иванович Целиков: Ученый, конструктор, педагог / Отв. ред. акад. К. В. Фролов. Составитель В. Г. Дрозд. М.: Наука, 1991. 160 с.
2.	Владимиров В. Г., Агеев Г. И. Основные тенденции развития черной металлургии за рубежом // Черная металлургия: Бюллетень научно-технической и экономической информации, 1997. Вып. 3 - 4. С. 8 - 15.
3.	Дрозд В. Г. Техника и технология для современных металлургических предприятий // Машиноэкспорт, 1981. № 11. 38 с. № 12. 43 с.
4.	Металлургия России в зеркале мирового рынка. М.: Металл-Информ, 1997. 57 с.
5.	Пасечник Н. В., Протасов А. В., Майоров А. И. О некоторых тенденциях развития металлургии на современном этапе // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5. С. 2 - 5.
6.	Целиков А. И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979. 141 с.
Раздел 1
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Глава 1.1
ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ
МАТЕРИАЛОВ К ДОМЕННОМУ ПОДЪЕМНИКУ
1.1.1.	ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДОМЕННЫХ ЦЕХАХ
Доменная печь является наиболее экономически оправдавшим себя агрегатом для получения чугуна. В качестве исходных материалов (шихты) jevl выплавки чугуна в домне используют железосодержащие компоненты
(железную руду, а также агломерат, окатыши и металлодобавки), кокс и флюсы (известняк и доломиты).
Современный доменный цех (рис. 1.1.1) включает в себя несколько печей, отделение приемных бункеров, систему подачи шихты к загрузочному устройству печи, литейный двор, воздухонагреватели, систему газоочистки, отделение разливки чугуна, склад холодного чугуна, систему придоменной грануляции шлака, а также отделения приготовления огнеупорных масс и ремонта чугуновозных ковшей.
Рис. 1.1.1. Типы планировок доменных цехов с подачей шихтовых материалов к загрузочному устройству доменных печей скиповыми подъемниками:
а и б - соответственно блочное и островное расположения печей; 1 - доменные печи; 2 - литейный двор, 3 - блок воздухонагревателей; 4 - газоочистные устройства; 5 и 6 - железнодорожные пути, 7 - скиповый подъемник; 8 - бункерная эстакада; 9 - газопровод
24 Глава 1.1. ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Характерная особенность развития современного доменного производства - строительство печей большого объема (3000 м3 и более). Мощные доменные печи оборудуют тремя - четырьмя чугунными летками.
В доменной печи объемом 3200 м3 предусматривают скиповую лебедку грузоподъемностью 39 т, распределитель шихты с вращающейся воронкой вместимостью 22 м3, засыпной аппарат с большим конусом диаметром 7000 мм, электропушки с вместимостью цилиндра 0,5 м3 и силой на поршне 3,2 МН, чугуновозы и шлаковозы вместимостью соответственно 140 т и 16,5 м3. Доменные печи объемом 5000 и 5580 м3 оборудуют бесконус-
ным загрузочным устройством (БЗУ), а также конвейерной системой шихтоподачи. Их оснащают современными средствами механизации и автоматизации производственных процессов.
Доменный цех с печами полезным объемом 2700 м3 приведен на рис. 1.1.2.
Через верхнюю цилиндрическую часть доменной печи (рис. 1.1.3) - колошник - загружают шихтовые материалы в печь и отводят образующиеся в ней газы. Ниже колошника доменной печи расположена шахта конической формы, в которой материалы, нагреваясь и расширяясь в объеме, опускаются вниз под действием силы тяжести.
Рис. 1.1.2. Доменный цех с печами полезным объемом 2700 м3:
1 - путь рудного перегрузочного вагона; 2 - бункерная эстакада; 3 - бункеры для агломерата и добавок;
4 - пластинчатый конвейер; 5 - перекидной лоток агломерата, 6 - взвешивающая воронка для агломерата, 7- скип; 8 - скиповая яма; 9 - взвешивающая воронка для кокса, 10 - грохот; 11 - коксовые бункеры;
12 - конвейер для кокса; 13 - скиповой подъемник; 14 - устройство для смены скипов;
15 - консольный поворотный кран; 16 - канаты скиповой лебедки; 17 - канаты лебедки конусов;
18 - балансиры для управления конусами загрузочного устройства; 19 - приемная воронка;
20- распределитель шихты; 21 - засыпной аппарат; 22 - газоотводы доменной печи; 23 - доменная печь,
24 - кольцевой воздухопровод с фурмами; 25 - литейный двор; 26 - кран; 27 - машинное здание;
28 - привод конусов; 29 - скиповая лебедка; 30 - пути для шлаковозов; 31 - пути для чугуновозов;
32 - консольно-поворотный кран; 33 - монтажная тележка; 34 - мост монтажной тележки;
35 - консольный кран; 36 - атмосферные клапаны; 37 - лифт;
38 - наклонные газопроводы; 39 - пылеуловитель
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ДОМЕННЫХ ЦЕХАХ
25
Рис. 1.1.3. Доменная печь полезным объемом 2700 м3:
1 - колошник; 2 - шахта; 3 - распар; 4 - заплечники; 5 - горн; 6 - лещадь; 7 - фундамент
26 Глава 1.1 ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Распар - наиболее широкая цилиндрическая часть печи, соединяет шахту с заплечиками, ликвидируя угол, в котором могли бы задерживаться куски материала.
Нижняя часть печи делится на две зоны: верхнюю зону - фурменную (содержит фурмы для вдувания горячего воздуха и дополнительного топлива) и нижнюю зону - металлопри-емник для скапливания жидкого чугуна и шлака, выпускаемых затем через летки.
Для современных крупных доменных печей характерны значительные поперечные размеры: отношение диаметра колошника к диаметру распара составляет 0,653 - 0,714.
Профиль доменной печи - очертание ее внутреннего рабочего пространства, ограниченного огнеупорной футеровкой. Конфигурация профиля и соотношение размеров его элементов оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели работы доменной печи. При определении параметров профиля руководствуются конкретными условиями работы проектируемой доменной печи.
Опорные конструкции большинства мощных доменных печей стали выполнять в виде несущего каркаса вокруг свободно стоящей доменной печи. Такая опорная система расчи-тана на выдерживание нагрузки массы колошникового устройства, монтажной балки, восходящего и нисходящего газоотводов, части колошникового моста главного загрузочного конвейера, кольцевого воздухопровода, пешеходных и обслуживающих площадок.
На современных доменных печах для изготовления кожуха используют низколегированные стали, обладающие высокими ударной вязкостью и прочностью, а также достаточными пластичностью и термостойкостью. Кожух доменной печи выполняют в основном цельносварным, толщина брони у основания достигает 60 мм, на колошнике - 30 мм.
Над колошником печи размещено колошниковое устройство для загрузки шихты и установлены газоотводы для удаления доменного газа. Ниже уровня чугунных леток распо
ложена площадка литейного двора с машинами для открывания и закрывания чугунных и шлаковых леток.
1.1.2.	ПЛАНЫ ДОМЕННЫХ ЦЕХОВ
Основным требованием, предъявляемым к планам доменных цехов, является рациональное расположение всех основных сооружений, агрегатов, машин, устройств и транспортных путей, обеспечивающих нормальную работу цеха.
При блочном (см. рис. 1.1.1, а) расположении доменных печей достигается компактность цеха, но общий литейным двор затрудняет обслуживание чугунных и шлаковых леток.
При островном (см. рис. 1.1.1, б) расположении печей этот недостаток устраняется. Доменные печи располагают по одной оси, а блок воздухонагревателей, литейный двор и постановочные пути для чугуновозов и шлако-возов каждой печи - под углом к этой оси.
При планировке доменных цехов с применением конвейерной системы загрузки печей литейный двор выполнен круглым (в плане). Тупиковые пути для чугуновозов и шлаковозов располагают с двух сторон, а блоки воздухонагревателей - под углом к оси доменных печей.
1.1.3.	СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ К КОЛОШНИКОВОМУ ПОДЪЕМНИКУ
Непрерывная подача шихтовых материалов в доменную печь в определенной последовательности и по заданной программе является одним из основных требований к системе подачи шихтовых материалов и ее оборудованию. Для этого непосредственно у печей располагают бункерную эстакаду (рис. 1.1.4), состоящую из рудных и коксовых бункеров, а также бункера для добавок. Над бункерами укладывают рельсы или устраивают галереи для транспортных машин. Применяют системы подачи шихты машинами периодического и непрерывного действия.
Рис. 1.1.4. Схема бункерной эстакады доменной печи:
1 - бункеры для шихты; 2 - затворы шиберного типа; 3 - электровибрационные грохоты; 4 - воронки-весы;
5 - воронки-весы для агломерата; 6 - течки для возврата мелочи; 7- ленточные конвейеры уборки мелочи агломерата; 8 - оси путей скипов
СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ К КОЛОШНИКОВОМУ ПОДЪЕМНИКУ 27
Система подачи шихтовых материалов машинами периодического действия. При такой системе подачи материалов с окусковательных фабрик железнодорожный состав вагонов с агломератом, окатышами и рудой доставляют на рельсовый путь бункерной эстакады. Вагоны разгружают материалы в бункеры, расположенные в два ряда (см. рис. 1.1.4).
Кокс подают в бункеры-силосы системой конвейеров с коксохимического завода. Из бункеров кокс попадает на грохот-питатель. Мелкую фракцию собирают в бункер коксовой мелочи, а крупная поступает в весовую воронку кокса и далее - в скип скипового подъемника.
Система шихтоподачи машинами непрерывного действия или конвейерная система ленточных конвейеров, размещенных на бункерной эстакаде (рис. 1.1.5). Конвейер 1 служит для загрузки коксовых бункеров, конвейер 2 - бункеров для добавок и железорудной части шихты, конвейер 3 - бункеров только для железорудной части шихты. Материалы с конвейеров автоматическими сбрасывающими тележками 11 и 12 загружаются в коксовые бункеры 13 и двухрядные рудные бункеры 10.
Через грохоты-питатели 9 отсеянный материал подают на конвейер 7, который транспортирует его к скиповой яме и посредством передвижного распределителя 18 загружает в правую или левую весовую воронку 20 агломерата. Мелкие фракции по воронке 8 подаются на конвейер 6 и транспортируются в бункер 5, затем в скип 4 подъемника мелочи агломерата. Кокс из бункера 13 через цюхоты 14 попадает в весовую воронку кокса 77 и из нее в скипы 19. Коксовая мелочь из бункера 15 выдается в скип 16 подъемника коксовой мелочи.
На рис. 1.1.6 показана конвейерная схема шихтоподачи доменной печи объемом 5000 м3. Бункерная эстакада выполнена двухрядной. Конвейеры работают непрерывно и материалы располагаются на них отдельными порциями с определенными интервалами, зависящими от работы загрузочного устройства доменной печи. Бункеры для хранения материалов расположены с обеих сторон наклонного конвейера для подачи материалов на колошник. Система шихтоподачи обеспечивает нормальную загрузку доменной печи при любом сочетании порций и подаче механизмами одной стороны эстакады.
Рис. 1.1.5. Конвейерная подача шихтовых материалов к скиповому подъемнику
28 Глава 1 1. ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рис. 1.1.6. Схема шихтоподачи доменной печи объемом 5000 м3:
1 - бункеры для шихтовых материалов: Б О - окатышей; БА - агломерата; БК - кокса и БД - добавок;
2- грохоты: 3 - стационарные весовые воронки: БД - добавок, ВК - кокса; ВО - окатышей; ВА - агломерата;
4 - питатели; 5 - наклонный (главный) конвейер; 6 - загрузочное устройство доменной печи;
7и 8 - шихтовые конвейеры: 9-11 конвейеры мелочи агломерата и окатышей;
12- 14 - конвейеры мелочи кокса; 15, 16 и 18- шиберы; /7-резервный конвейер мелочи
1.1.4.	СИСТЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСЕВА И УБОРКИ МЕЛОЧИ КОКСА И АГЛОМЕРАТА
Система отсева и уборки мелочи агломерата. Установка для рассева и уборки мелочи агломерата (рис. 1.1.7) содержит скиповый подъемник, которым мелочь агломерата транспортируется в бункер. При открывании затвора бункера движущимся скипом подъемника мелкая фракция агломерата всыпается в скип и транспортируется подъемником к верхним бункерам, предназначенным для мелочи агломерата.
Вместимость скипа 2 м3 мелочи, скорость каната 45 м/мин, тяговая сила лебедки 50 кН.
Оборудование для отсева мелочи агломерата. Электровибрационные грохоты-питатели по принципу действия относятся к двухмассным резонансным колебательным системам, массы которых упруго связаны между собой. Активной массой являются рабочий орган (лоток), балка-обойма, скоба и якоря электромагнита, а реактивной - корпус, траверсы и сердечник электромагнита с катушками. При работе грохота материал из бункера или воронки подается на лоток и благодаря направленным колебаниям, создаваемым вибратором, равномерно перемещается по лотку. Электро-вибрационный грохот 182А-Гр (рис. 1.1.8) предназначен для отсева мелочи из агломерата. Его устанавливают под бункерами агломерата бункерной эстакады доменной печи.
Рис. 1.1.7. Схема подъемника мелочи агломерата: 1 - лебедка; 2 - направляющие блоки; 3 - канат;
4 - головные блоки; 5а - упряжь; 5 - скип;
6, 10- бункеры; 7- рельсы, 8- затвор, 9 - железнодорожные вагоны
СИСТЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСЕВА И УБОРКИ МЕЛОЧИ КОКСА И АГЛОМЕРАТА 29
Рис. 1.1.8. Электровибрационный грохот 182А-Гр:
1 - короб; 2 - воронка; 3 - тележка; 4 - амортизаторы; 5 - привод
Производительность грохота 100 м3/ч; ширина щели колосниковой решетки 8 мм; частота колебаний 3000 мин’1; амплитуда колебаний 0,9 мм; масса 5,72 т.
Система отсева и уборки коксовой мелочи. Установки для рассева и уборки мелочи кокса (рис. 1.1.9) расположены с двух сторон наклонного моста скипового подъемника доменное печи. Каждый подъемник имеет по одному скипу с общим приводом (одной электрической лебедкой). При подъеме нагруженного скипа по одному мосту одновременно по другому мосту опускают порожний скип.
Оборудование для отсева и уборки коксовой мелочи. Электровибрационные грохоты с резонирующими ко
лосниками для кокса предназначены для рассева кокса на классы по крупности перед подачей в скип колошникового подъемника. Надрешетный продукт выдается грохотами в воронку-весы для кокса, а подрешетный - в бункер коксовой мелочи.
Грохот ГВК-1 (рис. 1.1.10) имеет площадь грохочения 2,4 - 2,6 м2, максимальную производительность по питанию 400 м3/ч, частоту колебаний 3000 мин*1, размах колебаний короба 1,6 - 1,8 мм, угол наклона колосников 18 °, размер щели на выходе 40 мм.
Грохот ГВК-П имеет конструкцию, аналогичную конструкции грохота ГВК-I. Площадь грохочения грохота 4 м2, максимальная производительность 550 м3/ч.
30 Глава 1.1. ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рве. 1.1.9. Установка для рассева н уборки коксовой мелочи:
1 - течка; 2, 5, 6 и 9 - бункеры; 3 и 7 - грохоты; 4 - подъемник; 8 - весовая воронка
093i	’	’ '	QOZZ
Рис. 1.1.10. Электровибрационный грохот ГВК-1:
1 - привод; 2 - короб; 3 и 4 - колосники; 5 - тележка; 6 - амортизаторы
СИСТЕМЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОТСЕВА И УБОРКИ МЕЛОЧИ КОКСА И АГЛОМЕРАТА 31
Рис. 1.1.11. Инерционный грохот ГИЛ-32А:
1 - амортизатор; 2 и 3 - сита; 4 - короб; 5 - опора подшипников качения; 6 - вал-вибратор; 7 - клиноременная передача; 8 - электродвигатель
Инерционный грохот ГИЛ-32А (рис. 1.1.11) предназначен для рассева кокса, поступающего в бункер коксовой мелочи. Производительность грохота до 70 м3/ч, частота вращения вибратора 1200 мин-1, амплитуда колебаний короба 2,5 мм, угол наклона сит 10 - 25 °, масса 1,6 т.
Расчет вибрационного грохота. Рассмотрим силы, действующие на кусок материала, лежащий на сите грохота (рис. 1.1.12). Для обеспечения отсева нормальная составляющая Psincp центробежной силы Р — туаРт должна быть больше составляющей веса Gbosa частицы материала, т.е.
32 Глава 1.1. ДОМЕННЫЙ ЦЕХ. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рис. 1.1.12. Схема к расчету вибрационного грохота
вовесами на маховиках, то работа расходуется только на преодоление сил трения в шейках эксцентриков и опорных подшипников вала. Сила трения в шейках эксцентриков вала равна:
FT1 = цР ,	(1.1.7)
где ц - коэффициент трения в шейках эксцентриков; Р - центробежная сила от веса G грохота с коксом;
/H()®2rsin(p > Gcosa ,	(1.1.1)
где т$ - масса частицы (т = G/g, здесь g -ускорение силы тяжести); со - угловая скорость начала вибраций; г - эксцентриситет вала вибратора; ср - угол между направлением центробежной силы и плоскостью сита в рассматриваемом положении; a - угол наклона сита к горизонту.
Частота вращения вала вибратора, мин*1: минимальная, при которой наблюдается подбрасывание материала над ситом
Пп
cos а
= 30J-----
V г
(11.2)
Р = —(о2г.	(1.1.8)
g
Работа силы Р за один оборот эксцентрикового вала	>
(1.1.9)
где R\ - радиус цапфы подшипника, м.
Аналогично работа сил трения ^т2 - Н1<? в опорных подшипниках вала с радиусом R2
Л2 = 2яЯ2*т2-	(1.1.Ю)
Отсюда мощность привода грохота, кВт
где г - эксцентриситет вала вибратора, м; максимальная (критическая)
N = k^+A^, 6000ц
(1.1.11)
Jcosa
-Г~
(1Л.З)
минимальная, при которой возможно
где к - коэффициент неучтенных сопротивлений (к = 1,5); п - частота вращения вала вибратора; ц - общий КПД механизма.
движение материала вниз по ситу,
п . -зо sin(P-a) "mm -	г
(1.1.4)
где р - угол трения;
максимальная, при которой исключается возможность движения материала вверх по ситу,
„ тп sin(P + a) . "max = 30J-------—;
(1.15)
рабочая
Jsin(p - a)
——----- ;
(1.1.6)
значения лр должны удовлетворять условию: "max - "р - "min*
Мощность привода грохота. Так как центр тяжести системы грохот - материал движется по круговой траектории с постоянной скоростью, а вес этой системы уравновешен проти-
1.1.5. ТРАНСПОРТИРОВАНИЕ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Транспортирующие конвейеры. Подача шихтовых материалов с фабрики окускования и коксохимического завода в бункеры эстакады осуществляется конвейерами.
Конвейер состоит из ленты, приводного и неприводного барабанов с грузовым натяжным устройством, отклоняющих тележек. Ширина ленты конвейера 1000 - 1600 мм, скорость ее движения 1 - 2 м/с. Во избежание быстрого выхода из строя стыки ленты вулканизируют.
Разгрузка конвейеров и загрузка бункеров осуществляется с помощью сбрасывающих тележек или передвижных реверсивных конвейеров, (рис. 1.1.13).
Перекидные лотки (рис. 1.1.14) служат для поочередного направления ссыпающегося с конвейера материала в весовые воронки левого и правого скипов. После наполнения левой весовой воронки лоток передвигают влево на 1400 мм и материал направляют в правую весовую воронку.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
33
Рис. 1.1.13. Сбрасывающая тележка конвейера:
1 - рама; 2 - рельсы; 3 и 4 - барабаны; 5 - лента; 6 - приемная воронка; 7 - поворотный шибер; 8 и 9 - желоба
Рис. 1.1.14. Передвижной перекидной лоток:
1 - основание; 2 и 3 - рамы; 4 и 8 - лотки;
5- воронка; би 7- барабаны; 9и 10 - рельсы;
11 - цевочные рейки; 12 - электродвигатель;
13 - редуктор; 14 - цевочное колесо
Рис. 1.1.15. Секторный затвор нижнего бункера коксовой мелочи:
1 - скип; 2 - ролик; 3 - кронштейн;
4 - наклонный желоб; 5 - сектор; 6 - противовес
Затворы бункеров предназначены для регулирования потоков кокса, агломерата и добавок, поступающих из соответствующих бункеров на питатели или грохоты, автоматизированной системой подачи шихты к скипам.
Секторный затвор (рис. 1.1.15) нижнего бункера коксовой мелочи служит для закрывания выпускного отверстия желоба. Открывание этого отверстия осуществляется с помощью двух кронштейнов, расположенных на корпусе скипа, которые при опускании скипа нажимают на два ролика, закрепленные на секторе.
1.1.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Распределители. Из бункеров отсеянный материал подают на конвейер, который транспортирует его к скиповой яме и посредством передвижного распределителя загружает в правую или левую воронку.
Воронки. Воронка-весы (рис. 1.1.16) предназначена для набора, взвешивания и выдачи материала в скип скипового подъемника. Эти воронки используют для работы с горячим агломератом (600 °C) при числе открываний затвора до 60 в час. Время открывания затвора 2,2 с.
2 Зак 10Х
34 Глава 1.1. ДОМЕННЫЙ ЦЕХ МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Рис. 1.1.16. Воронка-весы:
1 - течка; 2 - затвор; 3 - щековина; 4 и 5 - шарниры; 6 - корпус воронки; 7 - футеровка; 8 - тяга; 9 - стойка
Рис. 1.1.17. Взвешивающая воронка для кокса:
1 - воронка; 2 - двигатель; 3 - червячный редуктор; 4 - барабан; 5 - огибающий ролик; 6 и 8 - противовесы; 7и 9 - канаты; 10 - шибер; 11 - командоаппарат. 12 - бронзовый обод
УСТРОЙСТВО КОЛОШНИКОВЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
35
Взвешивающая воронка (рис. 1.1.17) предназначена для взвешивания и выдачи в скип скипового подъемника порции кокса. Она состоит из воронки-весов и затвора с электроприводом. Воронку устанавливают на механических рычажных весах. Применяют также тензометрическое взвешивание.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1987. 440 с. ч
2.	Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.
3.	Праздников А. В., Клоцман Е. Я., Головко В. И. Системы шихтоподачи в доменном производстве. М.: Металлургия, 1980. 198 с.
4.	Целиков А. И. Металлургические машины и агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979» 144 с.
5.	Якушев А. Н. Проектирование сталеплавильных и доменных цехов. М.: Металлургия, 1984. 216 с.
Глава 1.2
ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЁМНИКИ
1.2.1. СПОСОБЫ ПОДАЧИ ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ К ЗАГРУЗОЧНОМУ УСТРОЙСТВУ
Машины для подачи шихтовых материалов в доменную печь должны иметь высокую производительность, повышенную надежность при эксплуатации и обеспечивать возможность полной автоматизации процесса загрузки печи и форсированный режим подачи материалов к загрузочному устройству [1]. Применяют два основных способа подачи шихтовых материалов - скиповый и конвейерный.
Скиповая загрузка шихты. При этом способе загрузки все материалы подают скипами к загрузочному устройству доменной печи из скиповой ямы бункерной эстакады. Способ применяют для доменных печей объемом до 3200 м3 включительно.
Скиповые подъемники оборудуют скипами вместимостью до 20 м3 шихты каждый и скиповыми лебедками трузоподъемностью до 39 т.
Конвейерная загрузка шихты осуществляется из распределительных бункеров. Конвейерная подача шихтовых материалов применена на доменных печах Новолипецкого, Криворожского и Череповецкого металлургических комбинатов. Объем печей этих комбинатов соответственно равен 3200, 5000 и 5580 м3.
За рубежом, особенно в Японии, на новых доменных печах объемом более 2000 м3
предпочтение отдается конвейерному способу загрузки материалов в печь.
При конвейерной подаче материалов упрощаются обслуживание и ремонт оборудования, исключаются значительные динамические натрузки на несущие стальные конструкции, снижается стоимость строительства из-за отсутствия скиповой ямы и появляется возможность раздельного строительства доменной печи и системы загрузки шихты, увеличивается производственная площадь вокруг доменной печи для уборки жидких продуктов плавки, размещения агрегатов для грануляции шлака и пр.
Конвейерная зацэузка печей в наибольшей степени удовлетворяет требованиям высокопроизводительного доменного процесса при работе на хорошо подготовленной шихте с минимальным количеством компонентов.
1.2.2. УСТРОЙСТВО КОЛОШНИКОВЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
Скиповый подъемник используют для транспортирования материалов на колошник к загрузочному устройству доменной печи.
Конструкция подъемника. Основными элементами подъемника являются два скипа 5а и 56 (рис. 1.2.1), наклонный мост 3, система канатов 7а и 76 с блоками 6а и 66, 9а и 96, скиповая лебедка 1 и грузоподъемное оборудование 8.
В скипы загружается кокс из бункеров 12 с помощью хохотов и весовой воронки кокса или железорудный материал посредством конвейера 13 и весоизмерительной воронки 15 с затвором 14. Разгружаются скипы в приемную воронку 4 загрузочного устройства печи. Для полной выгрузки материала из скипа угол аз наклона его днища к горизонту в верхнем положении должен составлять 45 - 60 °.
Для перемещения по наклонному мосту скипы соединяют канатами с барабаном скиповой лебедки таким образом, чтобы обеспечивать уравновешивание скипов. С целью исключения аварий при обрыве одного из канатов, уменьшения диаметра канатов и блоков каждый скип подвешивают на двух канатах.
Применяют блоки двух конструкций: с цельнолитым ободом для двух канатов (диаметры блоков 1800 и 2000 мм) и сдвоенные, допускающие проворот шкива одного каната относительно шкива другого (диаметры блоков 2000 и 2500 мм). Длина одного каната 150 - 180 м.
Скиповую лебедку 1 устанавливают под наклонным мостом в машинном здании 18. В этом же здании располагают привод 16 конусов загрузочного устройства, лебедки 17 измерителей уровня шихты и панели автоматического управления системой загрузки доменной печи.
2’
36
Глава 1.2. ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЕМНИКИ
Рис. 1.2.1. Скиповый подъемник доменной печи (а), его кинематическая схема (б) и расположение оборудования подъемника в машинном зале (в)
Наклонный мост опирается на один или два пилона 2 и 2ау а также на стенку 11 скиповой ямы. Наклонные мосты изготавливают сварными с решетчатыми фермами, либо сплошными из листа. В поперечном сечении (см. сеч. А-А) мост представляет собой раму со сплошным настилом по нижним поперечным балкам. При полурамной конструкции моста облегчается замена скипов с помощью тележки 10. К мосту примыкают площадки, на которых устанавливают направляющие (9а и 96) и головные (6а и 66) блоки скиповых канатов. Консольно-поворотный кран 8 служит для замены блоков.
На поперечные нижние балки моста укладывают железнодорожные рельсы За, верхняя часть которых переходит в разгрузочные
кривые 36, а нижняя - опускается в скиповую яму. Для предотвращения схода скипов с рельсов вдоль всего моста устанавливают контррельсы. Угол наклона мостов к горизонту принимают в пределах: <Х2 = 47 - 54 °.
Верхняя часть рельсовых путей наклонного моста заканчивается разгрузочным участком (рис. 1.2.2), на котором, кроме основного пути /, имеется вспомогательный путь 2 с более широкой колеей. Передние колеса скипа движутся по основному пути, задние, имеющие две поверхности катания, на разгрузочном участке переходят на вспомогательный путь внешней поверхностью катания, в результате чего при наклоне скипа материал выгружается в приемную воронку загрузочного устройства.
УСТРОЙСТВО КОЛОШНИКОВЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
37
Рис. 1.2.2. Схемы разгрузочных участков скипового подъемника:
а - с направляющими прямолинейными; б - криволинейными
Скипы. Основной технический параметр скипов - вместимость, которая для доменных печей объемом 1033 - 3200 м3 составляет 8,1-20 м3 шихтовых материалов. В соответствии с этим параметром скипы изготовляют пяти типоразмеров: СДП4,5-80; СДП8-80; СДП10-80; СДП 13,5-80; СДП20-80.
Скип (рис. 1.2.3) состоит из кузова 2, переднего 4 и заднего 3 скатов и упряжного устройства 1. Днище и стенки скипа защищены ячеистыми плитами из стали Г13Л толщиной до 60 мм.
Тяги упряжи в передней части жестко соединены поперечиной, к которой крепят выравнивающее устройство для компенсации разности длин канатов и обеспечения их равного натяжений.
У передних колес скипа, которые катятся по основным рельсам, внутренние реборды; у задних реборда расположена посредине поверхности катания. Внутренняя поверхность катания заднего колеса перемещается по основному пути до разгрузочных кривых, где заднее колесо переходит на верхний путь внешней поверхностью катания.
Для обеспечения равномерной нагрузки колес применяют шарнирное крепление заднего ската к кузову скипа, что позволяет исключить статическую неопределимость конструкции кузова и увеличить долговечность колес скипа.
Скиповые лебедки служат для перемещения скипов по наклонному мосту. По конструкции различают скиповые лебедки с одним или двумя двигателями, с общим или раздельными редукторами, а также безредукторные.
Разработана конструкция безредукторной скиповой лебедки с тихоходным двигателем, который соединен непосредственно с валом барабана.
Грузоподъемность лебедок для доменных печей объемом 1033 - 3200 м3 составляет 15 - 39 т.
Типоразмер	А	В	С	D	Е	F	G	Н	J	К	L	М	N	Q
СДП4.5-80	4000	1350	1800	5350	1240	1180	1925	1375	1610	1745	600	830	1530	4300
СДП8-80	4310	800	2400	5490	1255	1195	2480	1375	1694	1772	500	830	1540	4140
СДП10-80	4310	800	2400	5500	1460	1400	500	1582	1660	1978	500	850	1740	4150
СДП13.5-8О	5000	800	3800	6272	1340	1400	2632	1512	1660	1982	600	845	1770	5580
СДП20-80	5310	800	3100	7015	2130	2000	3420	2326	2420	2730	700	1155	2546	5055
Рис. 1.2.3. Скипы
38
Глава 1.2. ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЕМНИКИ
9750
Рис. 1.2.4. Скиповая лебедка ЛС-39-1
Скиповая лебедка ЛС-39-1 приведена на рис. 1.2.4. Электродвигатели 2 смонтированы на станине 1 и с помощью зубчатых муфт 3 соединены с одноступенчатыми шевронными редукторами 5. Между редуктором и зубчатой муфтой устанавливают тормозные шкивы, охватываемые колодками рабочих тормозов 4. Редукторы через зубчатые муфты 6 соединены с зубчатой передачей 7, колесо которой закреплено на барабане 8.
Скиповая лебедка входит в автоматическую систему загрузки доменной печи и связана с ней командоаппаратами 9. Частота вращения барабана лебедки контролируется центробежным ртутным выключателем 10 и тахогенератором 11. Длину нарезной части барабана определяют расчетным путем. Расчетное число витков увеличивают на два двойных витка с каждой стороны.
Барабан скиповой лебедки смонтирован на оси, которая опирается на роликовые подшипники, заключенные в корпусах. Ступица
зубчатого венца закреплена на оси с помощью шпонки. С противоположной стороны на барабане болтами закреплено стопорное кольцо. Хвостовики служат для передачи вращения от барабана к центробежному ртутному выключателю и командоаппаратам. Конец каната пропускают в отверстие на барабане с закругленными краями и крепят зажимом с внутренней его стороны. Канат петлей огибает вал барабана, а концы петли соединяют зажимами. Канаты закреплены с двух сторон барабана. При вращении одна пара канатов набегает на барабан, другая - сбегает с барабана, благодаря чему загруженный скип поднимается по мосту, а порожний опускается.
Чтобы уменьшить скорость движения скипа применяют динамическое торможение двигателя. Для окончательной остановки лебедки установлены два рабочих тормоза. Контроль и аварийное отключение лебедки при превышении допустимой скорости скипа осуществляется центробежным ртутным выключа
УСТРОЙСТВО КОЛОШНИКОВЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
39
телем, представляющим собой лирообразный сосуд с тремя камерами. Сосуд соединен с осью барабана лебедки через муфту, зубчатую передачу и вал. В центральную камеру сосуда для контроля за скоростью скипа опущены три контакта, образующие две цепи управления электродвигателями. Защиту скипового подъемника от аварий при ослаблении натяжения канатов обеспечивает выключатель слабины каната.
Определение устойчивости скипа на наклонном участке моста, условия самовозврата скипа на разгрузочном участке, расчеты времени движения скипа, производительности скипового подъемника, мощности электродвигателя скиповой лебедки подробно приведены в работах [1, 2].
Расчет мощности электродвигателя скиповой	лебедки
(рис. 1.2.5). Двигатель скиповой лебедки работает в повторно-кратковременном режиме с переменным графиком нагрузки, поэтому расчет мощности выполняют по эквивалентной нагрузке.
При расчете принимают следующие допущения: канат и упряжь на участке подъемника от головного шкива до любого положения скипа параллельны наклонной части моста, за исключением участков в скиповой яме и разгрузочного; масса 1 м упряжи равна массе 1 м каната.
Силы, действующие на скип. Проектируя все силы, действующие на скип, когда он находится в скиповой яме, на ось, параллельную пути в скиповой яме, из условия равновесия груженого скипа получим
Д cos(ai - a2) - (Gu + (7c)sinai =
= ±co[Pi sin(ai - a2) + (<7M + Gc)cosai],
(1.2.1)
Рис. 1.2.5. Схема к расчету мощности привода скипового подъемника
где Pi - сила растяжения каната; eq и а2 -углы наклона пути скипа соответственно на участке в скиповой яме и на основном участке моста; (7М и Gc - вес соответственно шихтового материала и скипа; знак «+» принимают при подъеме скипа, знак «-* - при его опускании; со - коэффициент сопротивления движению каната и скипов; со = 1,03 - 1,05.
Сила, действующая в точке крепления каната к скипу, равна:
Л = (GM + G-) ...	; •
cos(ai - a2) ± ® sm(ai - a2)
(12.2) При нахождении скипа на основном участке наклонного моста сила Р\ составляет:
А = (^м +Gc)(sina2 ±cocosa2). (1.2.3)
Натяжение каната в точке набегания каната на головной блок
Р2 = Р\ + 2^i_2 sina2, (1.2.4) где q - вес единицы длины одного каната; ^1-2 " расстояние между точками крепления упряжи скипа и касания каната с головным блоком.
Натяжение ветви каната, сбегающей с головного блока
Р3 = Р2(к±\),	(1.2.5)
где к - коэффициент сопротивления при огиба-0,k/2 d . ср нии канатом блока к = ——— + 2/^11—sin — , D-10	2
(первое слагаемое в формуле учитывает жесткость каната, второе - трение в блоке); d* и D - диаметр соответственно каната и блока, см; kf - коэффициент, учитывающий трение каната о желоб блока; р. - коэффициент трения в подшипниках блока; d - диаметр цапф подшипников блока, см; ср - угол охвата блока канатом; знак «+» принимают при подъеме скипа, знак «-* - при его опускании.
Натяжение в набегающей ветви каната направляющего блока
Р4 = Р3 - 2^£3_4 sina3_4, (1.2.6) где ^3_4 - расстояние между точками 3 и 4\ а3_4 - угол наклона каната к горизонту на участке 3-4.
Натяжение ветви каната, сбегающей с направляющего блока
Р5 = P4(ki ±1),	(1.2.7)
40
Глава 1.2. ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЕМНИКИ
где к\ - коэффициент сопротивления для направляющего шкива, рассчитываемый по формуле (1.2.5).
Натяжение на барабане
Pe=Ps-2qh, (1.2.8)
где h - расстояние от точки сбегания каната со шкива до барабана.
Статический момент:
на барабане лебедки (для любых положений скипов)
^б/ = (^б.г./ “ ^б.п./)-~ » (1-2-9) где Рбг / и Рб п. / - натяжение каната на барабане в точках 6а и 66 соответственно от груженого и порожнего скипов, определяемое по формуле (1.2.8); Dq - диаметр барабана;
на валу двигателя
M6i
—	(1,2.10)
где z - число двигателей; / - общее передаточ
ное число лебедки; т| - КПД лебедки.
Для расчета динамических моментов необходимо располагать данными о маховом моменте двигателя, поэтому предварительно выбирают двигатель по статической нагрузке.
Предварительная мощность одного двигателя, кВт
КТ _ -^61 "V м
N^ = 0,5D6^’
(1.2.11)
где Л/gi - момент на барабане лебедки при среднем положении скипов на наклонном мосту, кН • м; vM - максимальная скорость движения скипа, м/с.
По предварительной мощности выбирают двигатель и маховой момент GD%& его ротора.
В периоды ускорений и замедлений на валу одного двигателя возникает динамический момент
~ Л1ре/~>	(1.2.12)
где /пр - общий момент инерции, приведенный к оси двигателя; е/ - угловое ускорение ротора двигателя; Z - число электродвигателей.
Общий момент инерции
_ (2(?с 4- GM 4- 2 • 2qLK)DQ Jq
2 пр “	2	+ .7
4#	Г
+4+...+Аи^,
/?	“ 4g
(1.2.13)
где - длина одного каната; Iq - момент инерции массы узла барабана лебедки относительно его оси; Ij - момент инерции массы вращающейся детали относительно ее оси; / -общее передаточное отношение скиповой лебедки (от оси барабана до оси ротора двигателя); ij - передаточное отношение от оси рассматриваемой детали до оси двигателя; -коэффициент, учитывающий моменты инерции других деталей, расположенных на оси двигателя; g - ускорение свободного падения.
Угловое ускорение ротора двигателя
2а, .
где Л/ - ускорение или замедление скипа.
Общий момент на валу двигателя
— А/дц су/ 4 Л/дв диН/-. (1.2.14)
Конвейерный подъемник (табл. 1.2.1). С увеличением объема доменных печей производительность существующих скиповых подъемников оказывается недостаточной. Поэтому на доменной печи объемом 5000 м3 (комбинат "Криворожсталь") установлен ленточный конвейер с углом наклона ленты а = 10 ° 30 ’ для подачи шихты в приемную воронку (рис. 1.2.6). Конвейер содержит приводную станцию 5, хвостовой барабан 12, натяжную станцию 14, загрузочную воронку 9, головной барабан 1, направляющий лоток 34. отклоняющие барабаны 2, 3, 8 и 10 и ленту 4 с системой поддерживающих роликов и вспомогательных устройств, которая размещена в наклонной галерее круглого сечения. Максимальный угол подъема ленты конвейера ограничивается углом трения транспортируемого груза по гладкой ленте. Конвейер оснащен теплостойкой резинотросовой лентой, состоящей из троса 35, резиновой основы 36, тканевых прокладок 37 и резиновых обкладок 38. Ширина ленты 2000 мм, ее разрывная сила 8 МН, допускаемая температура транспортируемых материалов 100 °C.
Приводная станция содержит два барабана 6 и 7 диаметром 1640 мм, огибаемых лентой конвейера по ^-образной схеме. Каждый барабан приводится во вращение двумя приводами, состоящими из асинхронных двигателей 22 и 25 с фазными роторами (соответственно 500 и 800 кВт), упругих муфт 24, тормозов 26, двухступенчатых редукторов 23 и 27 и специальных сцепных зубчатых муфт 28 с механизмами включения и выключения. На валах барабанов 6 и 7 жестко посажены храповые колеса 30, которые при отключении приводов затормаживаются собачками, соединенными между собой и с якорем 29 электромагнита рычажно-параллелограммной системой.
УСТРОЙСТВО КОЛОШНИКОВЫХ ПОДЪЕМНИКОВ
41
1.2.1. Технические характеристики ленточных конвейеров для подачи шихтовых материалов к загрузочному устройству доменной печи
Параметр	Фирма (город, стана)		
	"Итал сидер" (Торонто, Италия)	"Кавасаки сэйтэцу” (Мидзусима, Япония)	"Криворож-сталь" (Украина)
Полезный объем печи, м3	2475	3363	5000
Ширина ленты конвейера, м	-	2000	2000
Длина конвейера, м	250	303	503
Угол желоба ленты, ...°	-	30	30
Высота подъема материала, м	-	68	86,8
Угол подъема (наклона) конвейера, ...°	12° 00’	13° 25’	10° 30
Скорость движения ленты, м/мин	-	120	120
Мощность привода ленты конвейера, кВт	2 х 300	4 х 200	2(800 + 500)
Производительность конвейера, т/ч	1800	3740	4000
Рис. 1.2.6. Конвейерный подъемник доменной печи (полезный объем 5000 м3)
С целью приведения в движение конвейера с пониженной скоростью барабан 6 снабжен микроприводом. Вращение от электродвигателя 31 этого привода передается на входной вал редуктора 23 через цепную передачу 32 и кулачковую муфту 33, скорость движения ленты при работе от основного привода 2 м/с, при работе от микропривода 0,36 м/с. Производительность подъемника до 4000 т/ч.
Натяжная станция грузолебедочного типа создает постоянное натяжение ленты с целью получения на приводных барабанах тяговой силы и ограничения стрелы провисания ленты между роликами. На натяжной тележке 11 смонтированы хвостовой барабан 12 конвейера и четыре блока 13 сдвоенного четырехкратного полиспаста. Ось неподвижной обоймы полиспаста 17 закреплена рядом с
42
Глава 1.3. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
грузовой шахтой. Две нитки каната, сбегая с барабана 15 лебедки, огибают направляющие блоки 16, блоки неподвижной 17 и подвижной 13 обоймы полиспаста, направляющие блоки 18 - 20 и несут груз 21. Ход натяжной тележки в одну сторону при натяжке и упругом растяжении ленты составляет 3 м, допускаемый ход в другую сторону с целью перестыковки ленты 5 м. При общем ходе тележки 8 м перемещение по высоте натяжного груза должно быть 32 м. Наличие лебедки позволяет сократить ход груза до 6 - 7 м.
Рабочая ветвь ленты (см. сеч. А - А на рис. 1.2.6) лежит на трехроликовой желобчатой опоре с шагом 1200 мм, холостая ветвь -на двухроликовой опоре с шагом 3000 мм. Вблизи барабанов для перевода ленты из желобчатой формы в плоскую установлены переходные роликоопоры.
Режим непрерывно работающего конвейерного подъемника необходимо согласовать с требуемой периодичностью подачи материалов в загрузочное устройство в соответствии с технологией доменного процесса.
Возможную объемную производительность желобчатого конвейера приближенно рассчитывают по формуле
Пв = 1150^2vctg(p0,	(1.2.15)
где В и v - ширина (м) и скорость (м/с) ленты; с - поправочный коэффициент, учитывающий уменьшение производительности наклонных конвейеров (с = 0,95 при а = 10 -20 °); Фо = 0,354ф - угол откоса материала на ленте конвейера в зависимости от его угла естественного откоса ф.
Предварительную суммарную мощность двигателей рассчитывают по заданной производительности конвейера
р =	(12Лб)
367т] Ср
где П - производительность конвейера, м3/ч; Н - высота подъема материала, м; w - коэффициент сопротивления движению ленты (со = 0,03 - 0,05); Д. - длина конвейера, м; у -удельный вес наиболее тяжелого материала; у равно, т/м3: для агломерата 1,7 - 1,8; для окатышей 2,1; т] - КПД привода; Ср - коэффициент;
v/ F
(,-2л7)
где v - скорость ленты конвейера, м/с; /н -интервал времени между нагружениями, с; F -площадь сечения материала на ленте, м2;
F м O,32-fl2tgq)o; - объем приемного бункера, м3; кр - коэффициент заполнения бункера рудно-флюсовой частью шихты.
Более подробно расчеты производительности конвейерного подъемника и мощности двигателей приведены в работах [1, 2].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Левин М. 3., Седуш В. А. Механическое оборудование доменных цехов. Киев-Донецк: Выща школа, 1978. 175 с.
2. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1987. 440 с.
Глава 1.3
МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
1.3.1. КОЛОШНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО
Назначение колошникового устройства доменной печи 2 (рис. 1.3.1) - прием шихтовых материалов подаваемых на колошник 1 печи колошниковым подъемником (скиповым 31 или конвейерным), их загрузка, шлюзование и распределение на колошнике, измерение уровня и профиля засыпки шихты, отвод доменного газа из печи.
Оборудование устройства. В состав колошникового устройства входят колошниковое кольцо 6, загрузочное устройство (поз. 3-5, 7 - 14, 18 - 21, 27 - 30 на рис. 1.3.1), измерители уровня шихты, газопроводы с уравнительными 4 и выпускными клапанами, а также трубопроводы 26, грузоподъемное оборудование для монтажа и ремонта машин и механизмов, несущие стальные конструкции, площадки и лестницы.
Для монтажа и демонтажа загрузочного устройства служит монтажная балка 15, расположенная со стороны, противоположной наклонному мосту. По этой же балке с помощью лебедки 32 и каната передвигается монтажная тележка 16 грузоподъемностью 60 - 170 т. Подъем и опускание груза осуществляется монтажной лебедкой с земли. На печах большого объема на монтажной балке устанавливают также козловой кран 17 грузоподъемностью 15 т.
Консольно-поворотный кран 23 грузоподъемностью 5 - Юте крюком 22, установленный на поворотной колонне 24, служит для замены атмосферных клапанов 25, шкивов скипового подъемника и другого оборудования.
КОЛОШНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО
43
Домен*ый газ -к пылеуловителю
Рис. 1.3.1. Колошниковое устройство доменной печи с двухконусным загрузочным устройством и скиповым подъемником
44
Глава 1.3. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
Загрузочное устройство (ЗУ) доменной печи, являющееся одним из основных ее агрегатов, должно отвечать следующим требованиям технологии выплавки чугуна и эксплуатации - надежное газозапирание и исключение выбросов газа в атмосферу при шлюзовании шихты; возможность равномерного распределения шихтовых материалов по окружности колошника печи; регулирование в широких пределах их радиального распределения; селективная загрузка колошника; длительная (не менее двух лет) стойкость против газоабразивного износа при давлении колошникового газа 0,25 - 0,3 МПа; повышенные надежность и ремонтопригодность; невысокие удельная металлоемкость и стоимость.
1.3.2. ДВУХКОНУСНОЕ ЗАГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО
Основные узлы устройства. Наиболее распространено в России и за рубежом традиционное двухконусное ЗУ, состоящее из приемной воронки /2 (см. рис. 1.3.1), распределителя шихты, засыпного аппарата 8, привода 18 маневрирования конусами, а также подвесок 29 и 30 соответственно большого и малого конусов.
Засыпной аппарат состоит из большого конуса 3 со штангой 14 и чашей 5, газового затвора 7.
Распределитель шихты содержит малый конус 9 с воронкой 11 и штангой 13 и вращающуюся воронку 10.
Основные элементы привода маневрирования конусами - рама, рычаги 20 и 21 балансиров большого и малого конусов (балансиры поворачиваются в подшипниках 27) и лемни-скатный прямильный механизм 28, используемый для обеспечения вертикальности перемещения штанг конусов.
Опорная тележка 19 балансиров служит опорой для рычагов при выполнении регулировочных и ремонтных работ.
Рис. 1.3.2. Схема лемнискатного прямильного механизма привода конуса
Расчет геометрических параметров лемнн-скатного прямильного механизма (рис. 1.3.2). Установлено [10], что .минимизация горизонтальных отклонений точки F подвески штанги достигается при угле р наклона шатуна АЕ, равном 2 °. При этом рабочий участок траектории (лемнискаты) точки имеет четыре экстремума (рис. 1.3.3, кривые 2 и 3), а не два, как при р = 0 (кривая /); горизонтальные отклонения штанги в первом случае в 3 раза меньше, чем во втором, что уменьшает износ межштангового уплотнения. Оптимальные, с этой точки зрения, параметры механизма связаны соотношением
I	В
Яо = ^2-—-у + (2*4) ММ, (1.3.1) где JRq = О[А = О2Е - оптимальная длина кривошипа; В - расстояние по горизонтали между неподвижными шарнирами Oj и О2 кривошипов; h - расчетный ход конуса.
Целесообразно принять
А = 0,96/^,	(1.3.2)
где Ап - полный ход конуса.
Для компенсации влияния усадки прокладок, вытяжки подвесок, нагрева конструкций при работе и других факторов, необходимо выполнение условия
Ац = Ар + (60 4- 100) мм, (1.3.3) где Ар - заданный рабочий ход конуса.
БЕСКОНУСНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
45
Расчет мощности привода распределителя шихты. Общий статический момент Л/Ст при вращении воронки 10 (см. рис. 1.3.1) распределителя шихты определяют как сумму пяти моментов [5]:
Л/Ст = М\ + М2 + М$ + М$ + Л/5,	(1.3.4)
где М\- М$ - моменты, затрачиваемые: М\ -на преодоление сопротивления сил трения в подпятнике и в уплотнениях штанги; М2 - на преодоление сил сопротивления вращению воронки на опорных роликах; М$ - на преодоление сопротивления сил трения в сальниковых уплотнениях; Л/4 и М$ - на преодоление сил трения качения соответственно между центрирующими роликами и венцом и в подшипниках центрирующих роликов.
Статический момент, приведенный к валу электродвигателя,
^ст.дв ~ -^ст /	(1.3.5)
где / - общее передаточное число механизма от электродвигателя к воронке; т] - общий КПД механизма.
Динамический момент определяют отдельно для периодов пуска (П) и торможения (Т) механизма
М	_ ^l^flB03 ДВ Л/°ДВ п ,
-^дин.дв ~ t + .2	>	(1.3.6)
'п	/ 'П
где = 1,2 т 1,3 - коэффициент, учитывающий моменты инерции масс вращающихся деталей привода, неучтенные в величинах и /в; /да и /в - моменты инерции масс на валу двигателя и воронки (с малым конусом, штангой и шихтой) относительно оси воронки; ©да - частота вращения ротора двигателя, с** 1; /п* - время пуска (торможения), с; / - передаточное отношение привода распределителя.
Практически /в/ Р « 0,5/да.
Затем определяют эквивалентные моменты для одного (рудного или коксового) скцпа Л/Э.р(к) и за подачу Мэп; после этого эквивалентный момент двигателя за цикл работы распределителя:
. _	|2^э6(/б0 + 2^э120Л20 + ^э!80'180
Мэ = J-----------------------------------,
I	2'б0 + 2'120 + '180
(1.3.7) гае Мэ 60, Л/э 120 и Igo - эквивалентные моменты подач при повороте воронки соответственно на углы ±60 °, ±120 ° и 180 ° (при работе на шесть станций); /б0> '120 и '180 -время поворота соответственно на углы ±60 °, ±120 ° и 180 °.
Далее расчет мощности электродвигателя ведут как и для повторно-кратковременного режима с учетом фактической длительности включения электродвигателя.
Недостатки двухконусных ЗУ. Из-за присущих этим ЗУ недостатков (ограниченные технологические возможности в части распределения шихты на колошнике, низкая долговечность основных, самых дорогостоящих элементов из-за подверженности их температурным воздействиям и газоабразивному износу колошниковым газом) они не удовлетворяют современным требованиям [4, 6, 7]. С увеличением диаметра большого конуса труднее воздействовать на характер радиального распределения шихтовых материалов. Деформа-тивность и степень неравномерности нагрева конуса и чаши при одних и тех же внешних условиях возрастают, усложняются их изготовление, транспортировка и монтаж.
При использовании двухконусного ЗУ исключается возможность сосредоточенной загрузки того или иного сектора колошника, что затрудняет ликвидацию расстройств хода печи. Долговечность большого конуса и чаши низкая, и в среднем составляет 11 - 12, а на некоторых предприятиях не более 6 - 8 мес.
Недостатки типового ЗУ обусловлены, в основном особенностями его принципиальной схемы, - совмещенное выполнение конусными затворами разнохарактерных функций (прием, накопление, запирание и распределение шихты, а также газозапирание).
1.3.3. БЕСКОНУСНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
Направления развития конструкций ЗУ. Современным генеральным направлением в развитии конструкций агрегатов загрузки доменных печей является разделение между соответствующими элементами устройства функций приема, накопления, шлюзования и распределения шихты, а также газозапирания. Для этого применяют клапанное газозапирание и многорежимный распределитель шихты с расположением его непосредственно на колошнике печи над уровнем засыпи шихты. При этом резко повышается стойкость ЗУ, обеспечивается возможность глубокого регулирования окружного и радиального распределения шихтовых материалов в печи. При рациональной программе загрузки шихтовых материалов существенно улучшается использование химической и тепловой энергии восходящего газового потока в печи, что приводит к получению значительной экономии кокса.
Анализ структурно-функциальных схем отечественных и зарубежных ЗУ с конусным, комбинированным и клапанным газозапира-нием, их конструктивных, технологических и эксплуатационных характеристик показывает, что ЗУ с клапанным газозапиранием имеют бесспорные преимущества в сравнении с другими ЗУ.
46
Глава 1.3. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
Первое в мире ЗУ с чисто клапанным га-зозапиранием и быстровращающимся окружным распределителем шихты, (но с конусным радиальным распределителем) создано ВНИИМЕТМАШем и Уралмашзаводом и установлено на доменной печи объемом 5000 м3 комбината "Криворожсталь”. Как дальнейшее развитие этого направления были созданы и получают все большее распространение беско-нусные загрузочные устройства (БЗУ). Первое БЗУ было создано и внедрено фирмой "Поль Вюрт" (Люксембург). В его принципиальной схеме использовано изобретение В. С. Патрикеева и А. А. Целикова.
В БЗУ технологические функции разделены между соответствующими его элементами, что позволяет вынести газозапирающую часть ЗУ за пределы печного пространства (при этом газозапирающие элементы выполняют в виде тарельчатых клапанов небольшого диаметра) и расположить распределительную часть ЗУ непосредственно над колошником печи. В этом случае полностью исключено контактирование клапанов с потоком шихты в результате установки над ними шихтовых затворов, которые выполняют также функцию регулирования расхода шихты.
Благодаря небольшим поперечным размерам клапанов и затворов, шлюзование шихты осуществляется в двух параллельно расположенных шихтовых трактах, что повышает пропускную способность БЗУ.
Бесконусное ЗУ фирмы "Поль Вюрт" (рис. 1.3.4) включает в себя передвижную приемную воронку 7, направляющую шихтовые материалы попеременно в один из двух параллельных шихтовых трактов. Затем шихта через сборную воронку 6 поступает в стационарную центральную течку 7 внутренним диаметром 750 мм, а из нее - на распределительный лоток 10, вращающийся с изменением угла наклона. Между сборной воронкой и центральной течкой 8 предусмотрено отсечное устройство 7 для отсечки трактов от печи при их ремонтах [10].
Приемная воронка передвигается по рельсам с помощью гидроцилиндра, шток которого, как и гидроцилиндров всех других гидрофицированных механизмов, открыт и не защищен от попадания пыли и осадков. Подвижная приемная воронка не поддается укрытию, что повышает пыление и просыпь шихты.
Каждый шихтовый тракт содержит бункер 3 для шлюзования порции шихты, верхний 2 и нижний 5 газоотсекающие клапаны и одночелюстной наклонный секторный шихтовый затвор 4, регулирующий истечение шихты из бункера. Каждый бункер установлен на трех
Рис. 1.3.4. БЗУ конструкции фирмы "Поль Вюрт"
месдозах весоизмерительной системы, контролирующей процессы заполнения и опорожнения бункеров.
Тарельчатые газоотсекающие клапаны имеют уплотняющие кольца из селиконовой резины, выдерживающей до 150 °C. Срок их службы 3-6 мес., горячий агломерат в шихте недопустим.
Привод 9 распределителя шихты, обеспечивающий вращение и изменение угла наклона лотка, охватывает центральную течку. Его устанавливают непосредственно на колошниковый фланец купола печи. Внутренняя полость привода соединяется с печным пространством через кольцевую щель. В полость подают охлаждающий газовый агент (азот или природный газ) в количестве 10-30 тыс. м3/ч и с давлением, на 0,1 МПа превышающим давление газа в печи.
БЕСКОНУСНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
47
Лоток 10 подвешивают к тихоходной части центрального редуктора привода 9 через быстроразъемное соединение, доступ к которому обеспечивается через два люка в корпусе редуктора. Отъединенный лоток демонтируется из печи с помощью специальной траверзы с противовесом и 15-тонного грузоподъемного средства.
Расчет привода секторного затвора. Наибольший момент для поворота челюсти секторного затвора [10]
М = GRf\ + 8(G + Gq) — /2,	(1.3.8)
где G - сила давления шихты на челюсть затвора; R - расстояние от центра давления шихты до центра вращения челюстного затвора; Gq - собственный вес челюсти; d/2- радиус сектора челюсти, который выбирают конструктивно из условия размещения челюсти в рабочем и нерабочем положениях; f\ - коэффициент трения шихты по металлу челюсти, принимаемый 0,6 - 1,2; fi - коэффициент трения в цапфах, принимаемый в среднем 0,25.
Сила давления шихты на челюсть затвора
G = pnF,	(1.3.9)
где рп - нормальное давление шихты на челюсть; F - площадь сечения выпускного отверстия затвора.
Нормальное давление шихты на челюсть
рп = 0,56fc0y/?r(cos2 р + Аг sin2 р), (1.3.10)
где ко - коэффициент, учитывающий особенности эксплуатации затвора; ко равно: 2 в случае полного опорожнения бункера при каждом открывании затвора; 1,5-2 при не каждом открывании затвора; 1 при неполном опорожнении бункера; у - насыпная масса шихты; Rf - гидравлический радиус выпускного отверстия; р - угол наклона затвора к горизонту; к -коэффициент подвижности шихты.
В формуле (1.3.10)
RT= —,	(1.3.11)
s
где 5 - периметр сечения выпускного отверстия затвора;
1 - sing)
1 + sincp ’
(1.3.12)
где (р - угол естественного откоса шихтового материала при покое; для доменных шихтовых материалов (кокса и агломерата) (р = 40 -г 45 °.
В процессе эксплуатации двухтрактовых БЗУ фирмы "Поль Вюрт” выявились проблемы, связанные с неравномерным окружным распределением шихты и значительной ее сегрегацией, которые приводят к образованию ориентированной неравномерности распределения газового потока [4, 8].
Отечественные БЗУ. Принципиальную схему и конструкцию первого отечественного БЗУ (рис. 1.3.5) разработали на основании своих изобретений И. М. Елинсон, В. А. Рябов, Б. С. Хейфец и др. (ВНИИМЕТМАШ).
Техническая характеристика БЗУ для доменной печи с полезным объемом 2000 м3 приведена ниже.
Рис. 1.3.5. Принципиальная схема БЗУ ВНИИМЕТМАШа-Уралмаша
48
Глава 1.3. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
Техническая характеристика бесконусного загрузочного устройства с распределителем шихты типа "воронка-склиз" доменной печи
полезным объемом 2000 м3
Диаметр колошника, мм........... 7300
Давление колошникового газа, МПа 0,25 Температура колошникового газа, °C:
рабочая...................... До 350
наибольшая (продолжительность до 30 мин)................... 800
Пропускная способность при массе коксовой колоши 8,5 т, 4-порци-онная подача в час, т: при нормальной работе...........	12
при ускоренном режиме........	15
при работе одним шихтовым трактом (наибольшая)........... 13
Температура горячего агломерата, °C До 600
Полезный объем бункера, м3......	27
Геометрический объем воронки распределителя шихты, м3............. 10
Диаметр (в свету) газоуплотнительных клапанов, мм................ 800
Наибольший диаметр (в свету) шихторегулирующих затворов, мм.....	1100
Выпет распределительного склиза, мм: наибольший.................. 2500
наименьший................. 525
Частота вращения рабочих органов распределителя шихты, мин'1.....	3-10
Масса, включая массу насосной станции, т...................... 420
Основные геометрические и другие параметры БЗУ, а также режимы загрузки определены и отработаны исследованиями на моделях [3, 4].
Основные узлы БЗУ. Устройство состоит из приемной воронки 1 (см. рис. 1.3.5), выгрузочные отверстия которой снабжены поворотными заслонками 3. Ниже
расположены два параллельных шихтовых тракта 2, предназначенные для накопления и шлюзования шихты. Каждый тракт содержит: бункер 7, в котором накапливается подаваемая в печь порция шихты; верхний 4 и нижний 9 газоотсекающие клапаны, отделяющие бункер от атмосферы и рабочего пространства печи; двухчелюстный шихтовый затвор 8, перекрывающий выгрузочное отверстие бункера и регулирующий расход шихты из бункера; отсечное устройство 12, отделяющее тракт от рабочего пространства печи. Для освобождения отсечного устройства предусмотрены сильфонные вставки 10, защищенные от износа шихтой направляющей воронкой 11. В верхней части бункеров установлены уравнительные 6 и предохранительные 5 клапаны. Каждый шихтовый тракт заканчивается наклонной течкой 13, направляющей шихтовый материал в воронку распределителя.
Все узлы БЗУ смонтированы на основании 14, защищенном термофутеровкой. Газоуплотнительные клапаны имеют металлические контактные поверхности тарели и седла. Предусмотрен обдув этих поверхностей азотом. Гидрореечный привод клапана аналогичен приводам заслонки приемной воронки.
Шихторегулирующий затвор выполнен в виде заключенных в закрытый корпус корытообразных челюстей, которые сидят на валах гидромеханического привода, смонтированного на наружном кронштейне корпуса. Привод, состоящий из унифицированного гидро-реечного двухплунжерного блока (рис. 1.3.6) и шестеренной клети, помимо крайних положений челюстей, обеспечивает остановку и фиксацию их в задаваемых программой промежуточных положениях. Так же как и в приводах заслонок приемной воронки и газоуплотнительных клапанов, гидроцилиндры закреплены неподвижно и имеют жесткие подводы рабочей жидкости.
Рис. 1.3.6. Гидрореечный двухплунжерный привод механизмов БЗУ:
1 - корпус; 2 - шестерня; 3 - рейка; 4 - опорный ролик;
5 - плунжерный гидроцилиндр, 6 - противоскручивающее устройство
БЕСКОНУСНЫЕ ЗАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
49
Распределитель шихты, выполненный в виде единого монтажного узла, состоит из вращающегося склиза 16 (см. рис. 1.3.5) и расположенной над ним вращающейся односкатной воронки 15, подвешенных на соосных вертикальных штангах 17 и 18, а также электромеханического привода распределителя 20, который смонтирован на сварной раме, являющейся одновременно крышкой 19 основания.
Штанга склиза выполнена водоохлаждаемой; предусмотрены сальниковые уплотнения межштангового зазора и зазора между штангой воронки и рамой.
Воронка служит для распределения шихты по окружности, а склиз - по радиусу колошника. Воронка имеет коническую форму и смещенное относительно оси вращения выгрузочное отверстие, образованное съемным носком, на котором установлена совковая насадка. Склиз представляет собой коническую оболочку, усеченную некруговой цилиндрической поверхностью, ось которой параллельна оси оболочки. Оси самой оболочки совпадают с осью печи, благодаря чему длина склиза по образующей переменна. Поворачивая склиз относительно выгрузочного отверстия ворон
ки, можно направлять поток шихты в любую радиальную и центральную зоны колошника.
Электромеханический двухдвигательный привод распределителя шихты (рис. 1.3.7) расположен вне печного пространства и включает в себя тихоходную и быстроходные редукторные группы с цилиндрическими зубчатыми передачами. Необходимое для создания различных режимов работы распределителя синхронное вращение воронки и склиза, а также вращение их с заданной разностью скоростей обеспечивается электрической системой управления.
Приводы склиза и воронки БЗУ аналогичны и при нормальной работе друг с другом механически не связаны. Управление распределителем основано на вращении воронки с постоянной скоростью и поддержании заданного углового положения склиза относительно воронки автоматическим регулированием скорости его вращения.
Для управления гидрофициро ванными механизмами предусмотрена насосная станция, расположенная в отдельном помещении на колошниковой площадке печи.
Рис. 1.3.7. Кинематическая схема распределителя шихты БЗУ конструкции ВНИИМЕТМАШа-Уралмаша:
1 - электродвигатель; 2 - центральный редуктор; 3 и 4 - коаксиальные выходные валы центрального редуктора, 5 и 7 - штанги соответственно склиза и вращающейся воронки; 6 - склиз;
8 - вращающаяся распределительная воронка;
9 и 10 - редукторы соответственно быстроходные и кинематические,
11 - бесконтактные командоаппараты; 12 - сельсины
50
Глава 1.3. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ КОЛОШНИКОВОГО УСТРОЙСТВА
Устройство оборудовано изотопными датчиками, фиксирующими вид шихтового материала и сход его по шихтовым трактам, а также месдозами для непрерывного взвешивания материала в воронке распределителя шихты. Предусмотрена также защита элементов шихтовых трактов и рабочих органов распределителя от абразивного, а деталей газоотсекающих клапанов - от газоабразивного износа.
Режимы БЗУ. Основной режим работы устройства - загрузка шихты через два тракта, работающих поочередно. Распределительная воронка может работать с накоплением и без накопления шихты. При необходимости загрузку можно осуществлять через один шихтовый тракт. Пропускная способность устройства при этом обеспечивает работу печи с проектной производительностью.
Предусмотрено несколько режимов работы распределителя шихты, определяемых взаимным расположением воронки и склиза при их вращении или остановке и обеспечивающих следующие виды укладки шихтовых материалов на колошнике: кольцевую, многокольцевую, спиральную, секторную и точечную.
Разработано и изготовлено лотковое исполнение распределителя шихты. Лоток подвешивается к вращающейся воронке вместо склиза.
Исследования [2, 3] показали, что окружное и радиальное распределения шихты на колошнике при применении лотка и склиза с совковой насадкой практически аналогичны.
Преимущества отечественных БЗУ. Несмотря на большую их массу, чем у БЗУ фирмы "Поль Вюрт”, имеют перед последним ряд преимуществ.
Накопление шихты во вращающейся воронке обеспечивает равномерное питание распределительного органа - склиза или лотка, на который шихта поступает равноплотной струей, не зависящей от положения органа относительно шихтовых трактов. Это обеспечивает значительно меньшую неравномерность окружного распределения шихты при полном отсутствии ее постоянной ориентации (исключено влияние расположения шихтовых трактов на характер окружного распределения шихты).
БЗУ рассчитано на загрузку в печь как холодной, так и горячей (до 500 °C) шихты, имеет более простые и надежные механизмы и гидропривод.
Благодаря расположению приводов распределительных органов вне печного пространства, их простым кинематике и конструкции, обеспечены более высокая надежность ЗУ в целом, удобство обслуживания и ремонта, отсутствие необходимости в постоянном
расходовании в большом количестве азота для охлаждения и герметизации приводов, от бесперебойности подачи которого зависит работоспособность БЗУ фирмы "Поль Вюрт". Отпадает необходимость сооружения дорогостоящего азотодувного комплекса, в 3 раза повышающего капитальные вложения на установку БЗУ.
Благодаря тому, что каждый шихтовый тракт может быть герметично отделен от печного пространства отсечным устройством, возможен ремонт его при работе печи, загружаемой в этот период через другой тракт. В БЗУ "Поль Вюрт" оба тракта отсекаются одновременно, поэтому любой ремонт их требует остановки печи.
Монтаж и демонтаж распределителя шихты проводят единым узлом, используя монтажный кран, в то вре я как для БЗУ "Поль Вюрт" выполнение этих операций потребует, помимо крана, специального манипулятора и люка больших размеров в купольной части кожуха печи, который ослабляет ее и снижает герметичность печи.
Любой механизм отечественного БЗУ может быть демонтирован без разборки на месте и удаления примыкающих конструкций. Это сокращает продолжительность ремонтов БЗУ, которые сводятся к замене неисправных узлов заранее подготовленными, и повышает качество ремонтных работ.
Система гидравлического привода механизмов надежнее и проще в обслуживании, чем в БЗУ фирмы ’"Поль Вюрт", благодаря отсутствию аккумуляторов, меньшему числу аппаратов и применению гидрореечных приводов с закрытыми штоками гидроцилиндров и жесткими стационарными подводами масла (см. рис. 1.3.7).
Стойкость газоотсекающих клапанов не менее двух лет, тогда как в БЗУ фирмы "Поль Вюрт" она не превышает 4-6 мес.
Более высокая стойкость против абразивного износа защитной футеровки приемной воронки и шихтовых трактов (благодаря повышенной металлоемкости, использования эффекта самофутеровки).
БЗУ конструкции Гипромеза и производственного объединения "АзовмапГ [10] по принципиальной схеме идентично БЗУ фирмы "Поль Вюрт", однако имеет ряд конструктивных отличий, делающих его более приспособленным для эксплуатации на печах России, Украины и ряда других стран (рис. 1.3.8). Быстроходная часть 7 привода распределителя шихты вынесена в сторону от печи, а на ее куполе 2 установлена лишь тихоходная часть 3 распределителя. Приемная воронка 4 - стационарная, с двумя затворами (по схеме воронки БЗУ ВНИИМЕТМАШа-Уралмаша), что улучшает экологические показатели БЗУ.
УСТРОЙСТВО И СХЕМЫ ЛИТЕЙНЫХ ДВОРОВ
51
Рве. 1.3.8. БЗУ конструкции Гипромеза - Азовмаша
Газоотсекающие клапаны 5 выполнены с металлическими контактными поверхностями, наплавленными износостойкими твердыми материалами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Большаков В. И., Дракин Г. В., Сало А С. Методика расчета и конструирование газоуплотнительных тарельчатых клапанных механизмов. Днепропетровск: МЧМ СССР (ИЧМ), 1983. 69 с.
2.	Большаков В. И., Зарембо А. Ю., Сало А С. Методика расчета параметров схода шихты с распределительного лотка. // Вопросы производства чугуна в доменных печах. Сб. науч. тр. МЧМ СССР. М.: Металлургия, 1984. С. 60 - 64.
3.	Галиев Г. Г., Рябов В. А Исследование технологических характеристик бесконус-ного загрузочного устройства // Сталь, 1995. №2. С. 11 - 15.
4.	Исследования моделей доменного БЗУ с многорежимным распределителем шихты // Новое в создании металлургических машин. Сб. науч. тр. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1985. С. 38 - 44.
5.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1987. 440 с.
6.	Новая конструкция БЗУ доменной печи // Новое в создании металлургических машин. Сб. науч. тр. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1985. С. 21 - 37.
7.	Освоение на доменной печи объемом 2000 м3 первого отечественного бесконусного загрузочного устройства и технологии плавки с его использованием / В. Д. Гладуш, И. И. Дышлевич, В. И. Большаков и др. // Сталь, 1985. № 11. С. 7 - 13.
8.	Покрышкин В. Л., Галиев Г. Г., Рябов В. А, Рак Ю. В. Распределение материалов на колошнике при различных конструкциях БЗУ типа "воронка - склиз (лоток)" // Сталь, 1990. № 7. С. 12 - 17.
9.	Рябов В. А Расчет прямильного механизма привода конуса доменной печи // Металлургическое оборудование: Сб. науч. тр. (1-77-11).	М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ,
1977. С. 26 - 29.
10.	Современные загрузочные устройства доменных печей / В. А. Авдеев, О. И. Шайно-вич, Е. И. Ясаков и др. М.: Металлургия, 1994. 68 с.
Глава 1.4 МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
1.4.1.	УСТРОЙСТВО И СХЕМЫ ЛИТЕЙНЫХ ДВОРОВ
Устройство литейного двора. Литейный двор представляет собой примыкающее к доменной печи здание с площадкой, расположенной ниже уровня леток и предназначенной для размещения желобов, по которым чугун и шлак направляют из доменной печи в ковши чугуновозов и шлаковозов либо непосредственно к агрегатам грануляции. На площадке литейного двора размещают машины и устройства для обслуживания чугунных и шлаковых леток, желобов, фурменных приборов, пульты управления механизмами, а также закрома песка, глины и огнеупорных масс.
Здание литейного двора выполняют в виде металлического несущего каркаса, которое опирают на фундамент, и обшивки из железобетонных плит; в крыше здания предусматривают аэроционный фонарь.
Конфигурация (в плане) литейного двора определяется числом леток и желобов и их расположением, а также типом, числом и расположением мостовых кранов. Существуют литейные дворы прямоугольной формы с односторонним или двухсторонним расположением чугунных леток (рис. 1.4.1, о), круглой формы (рис. 1.4.1, б).
52
Глава 1.4. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
Рис. 1.4.1. Планы литейных дворов, оснащенных агрегатами кольцевого обслуживания: а - двор с обычными кранами 1 и радиально-хордовым краном 2, б - двор с кольцевыми кранами 5; 4 - граница эоны действия крана
Схемы литейных дворов. Интенсификация доменного процесса, сопровождающаяся увеличением числа выпусков продуктов плавки, значительно усложняет работу на литейном дворе. С учетом оптимального размещения оборудования и различных коммуникаций на территории литейного двора могут быть выделены четыре наиболее часто встречающиеся схемы литейных дворов: с диаметрально противоположным расположением литейных дворов и параллельным размещением подъездных путей; сдвоенные литейные дворы с вытянутыми в единую линию подъездными путями; сдвоенные литейные дворы с параллельно расположенными сквозными подъездными путями и др. Все большее распространение находит круглый литейный двор, пла
нировка которого рациональна с точки зрения организации обслуживания производственных площадей.
1.4.2.	МАШИНЫ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
Назначение машин и требования к ним. В стенке горна (см. рис. 1.1.3, поз. 5) имеются отверстия - летки - для периодической выдачи жидкого чугуна и шлака из печи.
Машины и устройства для обслуживания леток располагают на площадке, непосредственно примыкающей к горну доменной печи. Для выпуска чугуна в легочной массе печи делают круглое отверстие диаметром 50 - 65 и длиной 1500 - 2500 мм с помощью машины для вскрытия чугунной летки.
МАШИНЫ ДЛЯ ВСКРЫТИЯ ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
53
К машинам для вскрытия чугунной летки предъявляют следующие требования:
прямолинейность движения сверла в летке;
возможность регулирования угла наклона сверла к горизонту в пределах 8 - 18 °;
быстрый вывод сверла из летки после ее вскрытия;
возможность отвода сверлильной машины в сторону от главного желоба;
огнеупорная масса, покрывающая внутреннюю стенку горна в районе летки, не должна разрушаться при вскрытии летки;
дистанционность управления и безопасность работы обслуживающего персонала.
Типы машин. По принципу движения рабочего органа (сверла, бура) различают следующие типы машин для вскрытия чугунной летки: вращательного, ударного, ударновращательного и другого действия.
На строящихся доменных печах применяют поворотную сверлильную машину (рис. 1.4.2), неподвижная колонна 6 которой установлена на фундаментной плите бетонной площадки литейного двора. Относительно летки высоту и угол наклона балки 9 (с упором 12 и перемещающейся на роликах тележкой 7) изменяют посредством механизмов подъема 10 и изменения угла наклона 11. Механизм 8 передвижения тележки расположен в задней части балки. Привод связан с тележкой пластинчатой цепью, огибающей приводную и неприводные звездочки. Скорость отвода тележки в 12 раз больше скорости подачи, что обеспечивает элекгросхема управления. На тележке установлен механизм вращения сверла 2, состоящий из электродвигателя 5, редуктора 4, патрона 3 для закрепления сверла. Машина поворачивается на полой колонне 7 с помощью электродвигателя 13 и редуктора 14.
Рис. 1.4.2. Поворотная сверлильная машина
54
Глава 1.4. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
Рис. 1.4.3. Подвесная передвижная сверлильная машина:
1 - опора; 2 - направляющие рельсы; 3 - катки; 4 - рама; 5 - привод; 6 - винт; 7 - балка; 8 - каретка; 9 - винт; 10 - катки; 11 - канат; 12 - привод; 13 - механизм вращения; 14 - сверло
В случае применения в доменной печи двух чугунных леток необходимо иметь две сверлильные машины, что загромождает пространство вокруг горна, поэтому применяют подвесную передвижную машину (рис. 1.4.3). Машина может перемещаться по направляющим рельсам, расположенным на опорах, обрамляющих кольцевой воздухопровод и прикрепленных к кожуху и колоннам печи. Машиной управляют дистанционно, электропитание подводят по троллейным проводам.
В последние годы на отечественных заводах используют машины с совмещением операций вскрытия чугунной летки и разделки футляра.
Расчет основных механизмов сверлильной машины. Для расчета необходимо знать момент М сопротивления сверлению (Н ем) и сопротивление F подаче (Н). Эти величины находятся по эмпирическим зависимостям:
М =	(1.4.1)
F = 160.^ Vv,	(1.4.2)
где К\ и Къ - коэффициенты, учитывающие износ инструмента и колебательный характер нагрузок; = 1,3 - 2,0; К^= 1,1 - 1,2; d -диаметр сверла, см; v - скорость подачи сверла, v = 1,3 4-6,8 м/мин.
Для практических расчетов можно использовать эмпирическую зависимость Л/щах = (0,025 ч- 0,035)7*Jnax, где F^^ = 4,6 ч-5,7 кН.
1.4.3.	МАШИНЫ ДЛЯ ЗАБИВКИ ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
Основные механизмы и характеристики машин. В состав машины для забивки чугунной летки - пушки - входят следующие механизмы: поворота машины, прижима носка к летке и выталкивания огнеупорной массы из цилиндра машины в летку.
Технические характеристики пушек. Давление поршня на легочную массу должно быть достаточным для преодоления сопротивления ее движению в цилиндре, переходном патрубке, носке пушки и в легочном канале.
Полезный объем рабочего цилиндра пушки должен обеспечивать заполнение легочной массой канала летки длиной 1500 - 2500 мм. Носок пушки перемещается прямолинейно при подходе к летке.
Типы пушек. В настоящее время применяют пушки двух основных типов: электрические с полезным объемом рабочего цилиндра до 0,35 - 0,5 м3 и силой воздействия поршня при выталкивании легочной массы до 2,4 - 3,2 МН (рис. 1.4.4) и гидравлические (рис. 1.4.5).
Технические характеристики электропушек приведены в работе [2].
МАШИНА ДЛЯ ЗАБИВКИ ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
55
Рис. 1.4.4. Электропушка модели Э-7-050:
1 - цилиндр; 2 - редуктор; 3 - электродвигатель; 4 - механизм указателя положения поршня;
5 - винтовая пара; 6 - редуктор, 7 - двигатель; 8 - направляющая лафета; 9 - тележка;
10 - электромагнит; 11 - тяга; 12 - защелка; 13 - электродвигатель; 14 - червячно-цилиндрический редуктор;
15 - поворотная колонна; 16 - консоль; 17 - ось
Л г
Рис. 1.4.5. Малогабаритная гидравлическая пушка для забивки чугунной летки:
1 - печь; 2 - тележка для смены фурм;
3 - фурменный прибор; 4 - малогабаритная пушка;
5 - колонна пушки
В связи с применением безводных быстросохнущих легочных масс, менее подвижных, чем обычные массы, требуемая'сила воздействия поршня будет возрастать.
Расчет механизмов электропушки. Различают два режима нагружения электродвигателя механизма прижима: первый режим -тележка поднимается по наклонным направляющим лафета вверх; второй - тележка движется по наклонным направляющим лафета вниз.
При работе во втором режиме носок цилиндра прижимается к футляру летки с силой параллельной его оси в конце движения;
F = ^-p,	(1.4.3)
где d - наружный диаметр носка; р - давление легочной массы.
56
Глава 1.4. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
Рис. 1.4.6. Схемы приложения сил для расчета механизма прижима пушки: а - при забивке летки; б - при отводе пушки от летки; в - при подводе пушки к летке
Схема сил, действующих на тележку механизма прижима, приведена на рис. 1.4.6. На рисунке (7П - сила тяжести подвижных частей (тележки и подвешенного к ней механизма выдавливания); Са и ЙБ _ силы реакций в соответствующих скатах тележки, отклоняющиеся на угол р от нормали к пути в сторону, противоположную движению тележки (пунктирными линиями показано направление сил реакций Йа и ЙБ пРи подводе тележки, сплошными - при ее отводе).
Угол отклонения силы реакции от нормали
p = arctgw,	(14.4)
где со - коэффициент удельного сопротивления передвижению.
Сила на винте
sin(q -ь р) п cos(p - Р) ’
(1.4.5)
где а - угол наклона цилиндра пушки к горизонту; р - угол наклона между направлениями осей пути и винта.
При подводе пушки к летке проекция сил на прямую П\ - /ц, перпендикулярную к ЙАИ Ob,
Pcos(p + P) = -Fcosa-G!n sin(a-p). (1.4.6)
Момент, необходимый для вращения винта,
мв = Pytg(pB +<р),	(1.4.7)
где d - средний диаметр винта; рв и ср - углы соответственно трения в винтовой паре и подъема винтовой линии.
Статический момент на валу двигателя
_, Мп
(1.4.8)
"1
где / и т| - соответственно передаточное отношение и КПД передачи от винта до двигателя.
Динамический момент на валу двигателя
^дин =	(1.4.9)
где /п - приведенный к оси вала двигателя суммарный момент инерции движущихся (вращательно и поступательно) масс; 8 - угловое ускорение вала двигателя.
Общий момент на валу двигателя
М = М„ + Мтн. (1.4.10)
Мощность двигателя
где со - угловая скорость двигателя; X - коэффициент перегрузки двигателя.
МАШИНА ДЛЯ ЗАБИВКИ ЧУГУННОЙ ЛЕТКИ
57
Рис. 1.4.7. Поворотный желоб с верхним расположением роликовой дорожки:
/ - траверса; 2 - роликовая дорожка, 3 - стойка, 4 - желоб; 5 и 7 - рамы, 6 - опорно-центрирующее устройство, 8- редуктор, 9 - колодочный тормоз; 10 - электродвигатель; 11 - редуктор; 12 - командоаппарат; 13 - штурвал;
14 - переключающее устройство, 15 - шатун, 16 - кривошип
58
Глава 1.4. МАШИНЫ И МЕХАНИЗМЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
Рис. 1.4.8. Качающийся желоб:
1 - желоб; 2 - съемные носки; 3 - ось; 4 - носок стационарного желоба; 5 - кривошипно-шатунная передача; 6 - выносной привод
При проектировании механизма выталкивания основными параметрами для выбора мощности привода являются давление легочной массы р на поршень, доходящее в новых моделях пушек до 10,5 МПа и диаметр поршня D - 600 -г 650 мм.
Силу Q на поршне рассчитывают по формуле, аналогичной формуле (1.4.3). Скорость движения поршня vn определяют по заданной скорости vM выхода легочной массы из носка:
= 6pVM,
(1.4.12)
где d - диаметр отверстия выходного носка.
Мощность подбирают по суммарному моменту М на валу двигателя в соответствии с формулой (1.4.10).
Статический момент на валу двигателя
Мв
(1.4.13)
где Мъ - момент, прилагаемый к винту; / -передаточное число механизма выталкивания; т] - общий КПД механизма; db - средний диаметр резьбы винта; а и рв - углы соответственно подъема винтовой линии и трения в винтовой паре.
Динамический момент на валу двигателя
Мдин —	(1.4.14)
где Км - коэффициент, учитывающий моменты инерции всех вращающихся масс механизма, кроме ротора двигателя; /р - момент инерции ротора двигателя; е - угловое ускорение ротора двигателя.
Номинальную мощность двигателя определяют по формуле (1.4.11).
1.4.4. МАШИНЫ ДЛЯ РАЗЛИВКИ ЧУГУНА И ШЛАКА
Широкое распространение получила механизированная разливка чугуна и шлака в ковши у доменной печи, осуществляемая с помощью подвижных желобов и самоходных тележечных толкателей для передвижения составов чугуновозов и шлаковозов в процессе разливки.
Поворотные желоба (рис. 1.4.7) с нижней или верхней роликовой дорожкой и электроприводом с кривошипно-шатунной передачей получили наибольшее распространение.
Усовершенствованный качающийся желоб для разливки чугуна (рис. 1.4.8) снабжен двумя съемными носками и установлен в люльке на оси. В центральной части желоба расположена ванна, заполняемая чугуном. Желоб с помощью электромеханического привода через кривошипно-шатунную передачу наклоняют в сторону ковша на угол 6 - 10 °. По окончании разливки люльку с желобом для слива чугуна из ванны наклоняют в сторону одного из ковшей на угол 36 - 40 °.
1.4.5. СПЕЦИАЛЬНЫЕ КРАНЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
Мостовые электрические краны - основные агрегаты механизированного обслуживания печи на литейном дворе. Их грузоподъемность 20/5 или 30/5 т, пролет до 37 м. Они снабжены съемными моторным или одноканатным грейфером и электромагнитом.
Традиционные объемно-планировочные решения литейного двора и поддоменника предусматривают выполнение кранов с возвратно-поступательным перемещением моста по прямолинейным подкрановым путям и их расположение в зависимости от типа двора (1 - 4-сторонний) с одной или нескольких сторон печи. При этом в зоны действия кранов попадает не вся производственная площадь у горна и на литейном дворе. В связи с
СПЕЦИАЛЬНЫЕ КРАНЫ ЛИТЕЙНОГО ДВОРА
59
этим в дополнение к мостовым кранам используют грузоподъемные тали и кошки на монорельсах, консольно-поворотные краны для обслуживания желобов и пушек.
Недостатки кранового обслуживания печи. Традиционный способ обслуживания печи и соответствующие ему объемно-планировочные решения литейного двора обусловливают необходимость применения тяжелого физического труда, а также сдерживают дальнейшую интенсификацию плавки, поэтому должны быть заменены более рациональными.
Обслуживание кольцевого двора осуществляется радиально-хордовым мостовым краном и специальным кольцевым мостовым краном двух модификаций.
Главной особенностью радиальнохордового крана (рис. 1.4.9) является его перемещение по кольцевому однорельсовому пути. Размещение радиально-хордового крана на однорельсовом кольцевом пути исключает необходимость в сооружении у кожуха печи громоздкой кольцевой подкрановой балки с мощными опорными колоннами, создающими некоторую стесненность на рабочей площадке и у горна печи. Этот кран вписывается в планировку прямоугольного литейного двора, благодаря чему его можно применять на реконструируемых печах и на новых печах, сооружаемых в действующих доменных цехах, гае размещение круглого двора по условиям генерального плана невозможно.
При использовании радиально-хордового крана около 90 % площади литейного двора находится в зоне кранового обслуживания.
Мостовой кольцевой кран (рис. 1.4.10) перемещается по двум концентричным рельсовым путям. Управление механизмами крана осуществляют из подвешенной к мосту теплоизолированной кабины, оборудованной установкой кондиционирования воздуха. Масса крана 90,5 т.
Рис. 1.4.9. Мостовой радиально-хордовый кран:
1 и 2 - соответственно малая и большая хордовые концевые балки; 3 - радиальный мост; 4 - тележка;
5 - поворотная шахта; 6 - подъемная колонна, 7 - крюковая консоль; 8 - навесной механизм (машина для смены фурм);
9 - кольцевой подкрановый рельс
Рис. 1.4.10. Мостовой кольцевой кран:
1 - механизм подъема крюка консоли; 2 - подъемНо-опускная колонна, 3 - привод поворота;
4 - стационарная шахта; 5, 8 - пролетная и концевая балки; 6 - электрическая лебедка; 7 - крановая тележка.
9- механизм передвижения; 10- кабина; 11 - опорно-поворотное устройство; 12- фланец;
13 - механизм изменения вылета консольной балки;
14 и 75 - выдвижная консольная и направляющая балки; 16 - крюк
60 Глава 1.5 МАШИНЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Елинсон И. М. Агрегаты кольцевого обслуживания горна и литейного двора доменных печей Ц Новые конструкции и исследования плавильных и непрерывнолитейных машин: Тр. ВНИИМЕТМАШ. 1979. № 57, С. 30 - 44.
2.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1980. 198 с.
3.	Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.
Глава 1.5
МАШИНЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ДОМЕННОЙ ПЛАВКИ
1.5.1. СПОСОБЫ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
Уборка продуктов доменной плавки предусматривает комплекс операций, включающих транспортирование чугуна и шлака, разливку чугуна на разливочных машинах, грануляцию чугуна и шлака [1, 2].
Для транспортирования жидкого чугуна и шлака от доменной печи применяют чугуновозы и шлаковозы, которые для заполнения устанавливают под сливными носками желобов литейного двора.
С помощью тепловоза чугуновозы транспортируют для заливки передельного чугуна из ковшей в миксер сталеплавильного цеха, а также для разливки чугуна в чушки на разливочных машинах или для грануляции.
Шлаковозы перевозят жидкий шлак теми же средствами к отдельно стоящим агрегатам грануляции или к шлаковому отвалу.
Переработка жидких продуктов плавки. Разливка чугуна в чушки является основным способом получения товарного чугуна. Для этой цели в стороне от доменной печи предусматривают отделение с разливочными машинами.
Процесс грануляции жидкого чугуна осуществляют в агрегатах различного типа, к которым чугун транспортируют от доменных печей в чугуновозах либо подают непосредственно от печи по желобам.
Основным продуктом переработки доменных шлаков является гранулированный шлак. На доменных печах большого объема шлакопереработку проводят непосредственно у доменных печей.
В настоящее время применяют три способа переработки шлака. Первый и второй способы предусматривают получения гранули
рованного шлака соответственно мокрой и полусухой грануляцией.
Агрегаты мокрой придоменной грануляции шлака не получили большого распространения. Существенным недостатком способа мокрой грануляции является высокая влажность гранулята (до 45%).
При полусухой грануляции шлака влажность гранулированного продукта не превышает 15 %. Обладая высокой производительностью (200 - 900 тыс. т в год) и компактностью. гидрожелобные агрегаты для басковшевой переработки шлака у доменных печей получили преимущественное распространение.
Третий способ, используемый за рубежом, предусматривает слив огненно-жидкого шлака по желобам литейного двора в ямы, расположенные рядом с доменной печью.
1.5.2. МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
Чугуновозные ковши по форме разделяют на конические, грушевидные и сигарообразные. Конический ковш вместимостью 60 - 80 т менее рентабелен с точки зрения сохранения теплоты. Грушевидные ковши вместимостью 100 - 140 т получили наибольшее распространение.
Чугуновозы. К конструкции чугуновозов предъявляют следующие требования: наименьшие потери теплоты жидким чугуном; минимальное образование скрапа и настылей; большая вместимость ковша; исключение самопроизвольного опрокидывания ковша.
Чугуновоз Г-1-140 с ковшом грушевидной формы (рис. 1.5.1) содержит следующие узлы: ковш, несущую раму и две 2-осные тележки железнодорожного типа. Ковш состоит из корпуса 7. крышки 16 с двумя сливными носками 7, лапы 2, двух верхних 3 и двух нижних 4 цапф. Верхняя часть лапы заканчивается двумя крюками 15. К нижней части корпуса с двух сторон приварены проушины со вставленными в них валиками 6. Рама состоит из двух платформ /2. связанных между собой балкой 8. На торцевых частях платформы смонтированы два авто-сцепных устройства 13. Тележка состоит из балок 10, соединяющихся шкворневой балкой 5, двух осей с ходовыми колесами 9, рессор 11, букс 14. Вместимость ковша 140 т.
Шлаковозы вместимостью 11 и 16 м3 имеют чашу круглого сечения со сферическим дном, а шлаковоз 16,5 м3 - чашу овального сечения (рис. 1.5.2). Шлаковоз состоит из чаши 6, опорного кольца 4, рамы 7, ходовых тележек 3, механизма опрокидывания 1, опорных лап 2, упора 5 и сектора 8. В шлаковоз-ной чаше футеровка не предусмотрена. Чашу изготовляют литой из стали или чугуна.
МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
61
Рис. 1.5.2. Шлаковоз ИТД-16,5 с чашей вместимостью 16.5 м3
Определение моментов при кантовании ковша чугуновоза. Расчет механизмов и устройств, предназначенных для кантования чу-гуновозных ковшей, сводится к определению статического момента сопротивления от весов ковша и находящегося в нем жидкого металла. В то время как положение центра тяжести порожнего ковша постоянно, вес жидкого
металла и координаты его центра тяжести являются величинами переменными, зависящими от угла поворота ковша при кантовании.
Координаты общего центра тяжести ковша с металлом при данном угле (р/ наклона ковша, определяют по формулам:
62 Глава 1 5 МАШИНЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
г - ^м/ + хм/ .
°" Gk+Gm< ’
v _ ^к-Ук + ^м/^м/
№ - —г ---------
+ ^м/
(1-5 1)
где (7К и (7М/ - веса соответственно ковша и металла; хк, ук и хм/, ум/ - координаты центров тяжести соответственно ковша и металла.
В центре тяжести ковша с металлом приложен суммарный вес Gt = GK + GMj. Направление силы Gj принимают перпендикулярным зеркалу металла, поскольку ковш условно неподвижен (рис. 1.5.3).
Предполагается, что кантование проводят вокруг точки А с координатами х^ и уд относительно осей х и у. Под этими координатами могут пониматься координаты опорных цапф ковша, если он кантуется на лафете, или упоров при кантовании на стенде разливочной машины.
Момент от весов ковша и жидкого металла, соответствующий данному углу <р/, равен:
Mt = Gn(Ул - Уа) + Gi2(xa - хл)- (1-5.2)
Поскольку Gn = Gj sin ф,- и G^ = = Gj cos ср,, то
Mi = -_yo)sin<p, + (xo -ХЛ)СО5Ф,-].
(1-5.3)
Это выражение можно использовать при выборе положения осей цапф ковша, предназначенных для переноса его краном.
Расчет моментов при опрокидывании чаши шлаковоза проводят в том случае, когда возникает максимальное сопротивление опрокидыванию.
Рис. 1.5.3. Схема к определению момента от весов ковша и металла при кантовании ковша
Момент сопротивления опрокидыванию чаши представляет собой сумму моментов, создаваемых относительно оси поворота чаши весом шлака, а также весом чаши с опорным кольцом (рис. 1.5.4):
М = М\ + М2 =	+ G^Z^sincp, (1.5.4)
где М\ и М2 - моменты от веса соответственно шлака и чаши с опорным кольцом; Gj и ф -веса соответственно шлака и чаши с опорным кольцом; L\ и L2 - расстояния от центов тяжести шлака и чаши с опорным кольцом до оси поворота чаши (оси катков); (р - угол поворота чаши.
Максимальное значение момента от веса шлака (М\) соответствует горизонтальному положению чаши и такому количеству затвердевшего в ней шлака, при котором верхняя открытая поверхность шлака, параллельная верхней кромке чаши, проходит через ось вращения О. Это значение момента и принимают в расчете.
Тяговая сила, необходимая для горизонтального перемещения системы опорное кольцо - чаша, равна
где D - диаметр начальной окружности зубчатого сектора; К - коэффициент учета дополнительных сопротивлений от засорения направляющих и зубчатой рейки.
Вращающий момент на валу электродвигателя
Мъ Ftg(a + p)r
Л^дв ~ . ~	’	(1.5.о)
/Т|	ZT)
где Мв - вращающий момент на оси винта механизма кантования; а - угол подъема винтовой линии; р - угол трения; Г - средний радиус винта; / - передаточное число редуктора; т] - КПД передачи.
Рис. 1.5.4. Схема к определению момента от весов чаши и шлака при опрокидывании чаши
МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
63
Мощность электродвигателя определяют с учетом допустимой перегрузки для кратковременного режима работы.
Разливочные машины конвейерного типа располагают в отделении, которые оборудуют средствами для подачи чугуновозов к машинам, кантовки ковшей, охлаждения жидкого чугуна и погрузки чушек на железнодорожные платформы.
Конвейерная двухленточная разливочная машина (рис. 1.5.5) состоит из кантовательного устройства /, стенда 2, разливочного желоба 5, наклонных плит 5, наклонных конвейеров 4 с приводами, опрыскивателей 10, устройств 9 для погрузки чушек, скипового подъемника 6, поворотной площадки 12, системы 8 водоохлаждения, бака 7, системы 11 централизованной густой смазки.
Чугун из ковша заливается в мульды через Т-образный желоб. Мульды перед заполнением их жидким чугуном должны быть по
крыты известковым раствором и просушены.
Техническая характеристика двухленточной разливочной машины Число изложниц................. 308
Масса получаемых чушек, кг.....	18; 23; 45
Скорость движения ленты, м/мин	11,3
Производительность машины при массе чушек 45 кг, т/ч......... 204
Кантовка ковшей. Для кантовки чугуно-возных ковшей в разливочных машинах применяют кантовательную тележку типа передвижной лебедки или кантовательное устройство, содержащее стационарную кантовательную лебедку и автоматически передвигающуюся тележку для верхней обоймы блоков грузового полиспаста.
Кантовательные устройства поворачивают ковш для слива чугуна и возвращают его на раму чугуновоза (рис. 1.5.6). В этих установках использован канатный механизм подъема. Канаты полиспаста не должны значительно отклоняться от вертикального положения, поэтому верхние блоки размещают на тележке, которая во время подъема перемещается в сторону разливочной машины, а затем возвращается в исходное положение.
С помощью устройства ковш кантуется на угол 120 ° с переменной, постепенно возрастающей скоростью, что обеспечивает слив жидкого чугуна равномерной струей. Перемещение тележки происходит автоматически в результате изменения длины каната между блоками тележки и блоками колонки в результате перемещения подвески крюка при кантовании ковша.
Стенды для ковшей (рис. 1.5.7) состоят из стоек 3, соединенных между собой поперечной балкой, валиков 1 с опорами, несущими на себе лапы ковша при его кантовании, и ограничительных валиков 2, с установленными на них втулками.
Рис. 1.5.5. Чугуноразливочная машина
64 Глава 1.5. МАШИНЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
Рис. 1.5.6. Кантователь для чугуновозных ковшей:
1 и 7 - приводы соответственно кантователя и перемещающего устройства тележки; 2 - барабан; 3 и 6 - блоки; 4 - колонка; 5 - канат
Рис. 1.5.7. Комбинированный стенд для ковшей вместимостью 100 и 140 т
МАШИНЫ ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ ПЛАВКИ
65
Рис. 1.5.8. Схема к расчету привода конвейера разливочной машины
Расчет мощности привода конвейера разливочной машины осуществляется по общепринятой методике. Согласно этой методике ленту конвейера делят на четыре участка (рис. 1.5.8):
участок 1 - 2 - от приводной звездочки до звездочки натяжного устройства; на этом участке происходит опускание порожних изложниц по уклону вниз;
участок 2 - 3, на котором лента огибает звездочку натяжного устройства;
участок 3 т 4 - от звездочки натяжного устройства до приводной звездочки; на этом участке происходит подъем заполненных чугуном изложниц вверх по уклону;
участок 4 - 7, на котором лента огибает приводную звездочку.
Минимальное натяжение цепи конвейера (точка 2) теоретически может быть равно нулю. Однако для предотвращения провисания сбегающей ветви в этой точке создают натяжение
Р2 = 3 4- 5 кН.
Натяжение цепи в точке 3 составит:
Рз = Л+^2-3>	(1-5.7)
где И'г-з - сопротивление движению на участке 2 - 3.
Сопротивление И^-З складывается из сил трения на холостой звездочке, равных 8 - 10 % Р2, и веса поднимаемых по звездочке деталей конвейера. Однако этот вес не учитывают, поскольку нагружающее действие его на привод полностью компенсируется разгрузкой привода таким же весом деталей конвейера, опускающихся по приводной звездочке на участке 4-1. Поэтому
Рз = (1,08-г 1,1)Р2.
Сопротивление движению конвейера на участке 3 - 4 равно:
^3-4 = (Я' + <7о)Мю cosa + sin a),	(1.5.8)
где q' и Qq - веса соответственно цепей с изложницами и чугуна на 1 м длины конвейера; L - длина конвейера; со - коэффициент
сопротивления движению; a - угол наклона конвейера, °;
(«'+ 06) = (« + ЗДо) / А (1-5.9)
где q и 4/о - веса соответственно ленты конвейера на длине шага цепи и чушки; z - число чушек в шаге цепи; € - шаг цепи.
Коэффициент сопротивления определяют по формуле
fd + 2ц ,	......
to =	£р,	(1.5.10)
где f - коэффициент трения в подшипниках роликов; f =0,04; d - диаметр цапфы оси ролика; ц - плечо трения качения; ц = 0,08 см; D - диаметр ролика по кругу катания; -коэффициент учета трения звеньев цепи о реборды роликов; Лр = (2 -г 2,5).
Натяжение цепи в точке 4 равно:
Р4 = Р3+ Из-4.	(1.5.11)
То же с учетом сопротивления на приводной звездочке	оцениваемого в
10 - 15 % натяжения:
Р4 = Р4 + И^.1 = (1,1 * 1,15) Р4. (1.5.12)
Сопротивление движению конвейера на участке 1-2 равно:
^1-2 ~ Я'И® cosa - since). (1.5.13)
Натяжение цепи в точке 1 составит:
Р1 = Р2- ^1-2-	(1.5.14)
Окружная сила (Н) на приводной спаренной звездочке равна:
Р=Р,4-Р1.	(1.5.15)
Мощность привода конвейера (кВт) при установившемся движении определяют по формуле
где v - наибольшая скорость движения ленты, м/с; т] - КПД редуктора.
Приведенный расчет не учитывает дополнительных сопротивлений движению ленты конвейера, связанных с возможным перекосом цепей, трением в их звеньях, ухудшением режима смазывания роликов, особенно в горячей зоне машины.
Оценить точно каждый из этих факторов не представляется возможным, поэтому электродвигатель привода конвейера применяют со значительным запасом мощности, примерно 1,5 - 2,0-кратным по отношению к расчетной.
3 Li к 10Х
66 Глава 1.5. МАШИНЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ УБОРКИ И ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ
1.5.3. АГРЕГАТЫ ГРАНУЛЯЦИИ ЧУГУНА И ШЛАКА
Грануляция чугуна осуществляется на установках различного типа [1]. На рис. 1.5.9 приведена схема агрегата грануляции чугуна, эксплуатируемого на одном из заводов фирмы "Стюарте энд Лойде" (Англия). Жидкий чугун, выливаясь из ковша 1 в наклонный раздвоенный желоб 2, орошается струями воды из брызгал 3, направленных вверх под углом 5 - 10 ° к горизонту, разбивается на гранулы, имеющие поперечные размеры до 40 мм. Расход воды составляет до 20,8 л/с. Гранулы собирают в воронкообразном резервуаре 4, из которого с помощью наклонных конвейеров 5 их подают к месту погрузки в железнодорожные вагоны 6. Насыпная масса гранулированного чугуна равна 3,2 - 4,8 т/м3.
Для грануляционного агрегата, эксплуатируемого на заводе фирмы "Айо-штальбу" (ФРГ), чугун доставляют в ковшах миксерного типа и через распределитель подают равномерно к нескольким распыляющим головкам установки. Чугун распыляется на мелкие частицы сферической формы, которые быстро застывают и падают на дно заполненного водой бункера, а затем ленточными конвейерами извлекаются из бункера для подачи на склад.
Грануляция шлака. Шлак перерабатывают сухой, полусухой и мокрой грануляцией.
На одной из установок мокрой грануляции (рис. 1.5.10) шлак из доменной печи, стекая по желобу 4 на поток воды гранулятора 3, дробится и охлаждается, попадая в бункер-отстойник 2. Образующийся при этом пар отводится по трубе 7. Уровень воды в бункере-отстойнике постоянный, так как излишек отводится в камеру 1 обратной воды, откуда эрлифтом 5, состоящим из воздуховода, воздушной насадки, подъемной трубы, сепаратора, напорного бака 6 и трубы для сброса отработанного воздуха и излишков воды, подается вновь на грануляцию.
Рис. 1.5.9. Схема агрегата грануляции чугуна
Рис. 1.5.10. Схема установи припечной грануляции шлака
Рис. 1.5.11. Схема установи воздушной грануляции шлака:
7 и 2 - ковши соответственно шлаковый и промежуточный; 3 - воздушный раструб и поддон;
4	- устройство для сбора шлаковаты;
5	- отбойная плита; 6 - плоские воздухопроводы;
7	- воздушный сепаратор; 8 - батарейный циклон;
9 и 11 - вентиляторы соответственно отсасывающий и подающий воздух на грануляцию;
10 и 72 - электродвигатели вентиляторов;
13 и 75 - желоба соответственно для выброса шлака и его остатков;
14 - участок переработки остатков шлака из промежуточного ковша; 16 - бункер;
77- пульт управления; 18- компрессорная;
19 - помещение для электрооборудования;
20 - градирня; 27 - водяной насос
Под действием воздуха, подаваемого трубой 12, шлак из колодца 14 эрлифтом 13 перекачивается в сепаратор и далее самотеком поступает в обезвоживатель 8 карусельного типа, состоящий из шестнадцати секций с сетчатыми днищами. Затем шлак разгружается
ВОЗДУШНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ТРАКТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
67
в бункер сушки 9. Отфильтрованная вода переливается в кольцевой водосборник 10. Охлажденный шлак выгружается на транспортирующий конвейер 11 и подается на склад. Расчетная мощность установки составляет 2 млн. т шлака.
Установка воздушной грануляции доменного шлака производительностью 20 тыс. т/мес. сооружена на заводе фирмы "Син ниппон сэйтэцу" (Сакаи, Япония). Потоком воздуха (рис. 1.5.11), подаваемым вентилятором производительностью 2400 м3/мин при давлении 6,4 кПа (мощность электродвигателя вентилятора 450 кВт), шлак разбивается на мелкие частицы. Поскольку процесс воздушной грануляции сопровождается быстрым охлаждением шлака, то его сферические гранулы содержат мйого стекла. Крупность гранул 1-5 мм, плотность шлака 2,8 -2,9 г/см3.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1987. 440 с.
2.	Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.
Глава 1.6
АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
1.	6.1. ПОДАЧА ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
Параметры процесса дутья. При доменной плавке для поддержания горения топлива (кокса) в печи необходимо непрерывное и равномерное поступление в нее воздуха под избыточным давлением 0,2 - 0,5 МПа, нагретого до 1000 - 1400 °C. Воздух подают в количестве 2 - 2,5 м3/мин на 1 м3 полезного объема печи (до 7000 - 11000 м3/мин).
Воздухонагреватели. Для нагрева воздуха сооружают мощные агрегаты (аппараты) - воздухонагреватели, объединяемые в блок. В нагреватели холодный воздух нагнетают воздуходувными машинами. Способ нагрева воздуха основан на принципе регенерации, при котором нагретая горячими продуктами сгорания огнеупорная насадка воздухонагревателей отдает теплоту проходящему через нее холодному воздуху.
На современных доменных печах используют четыре воздухонагревателя с встроенными или выносными камерами горения. Последние имеют существенные преимущества: при одинаковых габаритных размерах значительно возрастает объем и поверхность насадок, повышается надежность работы воздухонагревателя из-за отсутствия внутри него высокотемпературной камеры горения.
3*
Подача дутья. Горячее дутье по воздухопроводу подают через фурменные приборы (воздушные фурмы), расположенные на уровне горна, в рабочее пространство доменной печи. Число воздушных фурм с внутренним диаметром 150 - 200 мм зависит от объема печи и составляет от 12 до 42 на одну печь.
1.	6.2. ВОЗДУШНЫЕ И ГАЗОВЫЕ ТРАКТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
В составе каждой доменной печи имеется блок из трех - четырех воздухонагревателей, из которых попеременно два работают "на дутье”, а остальные - "на нагреве".
Оборудование блока нагревателей. Воздухонагревательное хозяйство (рис. 1.6.1) доменной печи 20 с загрузочным устройством 77, состоящее из газовых J, 11, 15 и 30, воздушных 23 и 35 и смесительной 33 (со смесительным клапаном 32) магистралей, оснащено оборудованием, из которого на каждом воздухонагревателе установлены газовая горелка 36 с вентилятором 29 и регулировочными 5, 27 и 28 и отсоединительными клапанами; по одному клапану или шиберу холодного и горячего дутья; два-три дымовых и два перепускных или уравнительных клапана (в том числе, один встроен в клапан холодного дутья). Остальное оборудование, установленное на газовоздухо-проводах, состоит из листовых задвижек 4 для полного отключения какого-либо участка трубопровода в случае ремонта и следующих клапанов:
отделительных 31 для отключения и подключения одного участка к другому;
регулирующих для изменения количества подаваемого воздуха или газа в соответствии с установленными параметрами;
уравнительных 18 и 19 или перепускных 25 для установления заданного давления перед открытием основных клапанов;
предохранительных, предупреждающих образования излишнего давления в трубопроводах, а также затяжку атмосферного воздуха или газа при падении в них давления;
обратных, разрешающих движение потоков газа или воздуха в различных направлениях (в зависимости от положения клапана);
воздушно-разгрузочных ("скорт") 34 для быстрого снижения количества и давления поступающего в печь воздуха.
Работа в режиме "нагрев". При работе воздухонагревателя в режиме "нагрев" горючий газ подается от заводской сети по газопроводу через газовый дроссельный клапан 8 в газовую горелку и вместе с воздухом через отделительный клапан 31 попадает в камеру горения 37 воздухонагревателя, где происходит сгорание смеси. Продукты сгорания проходят через насадку 6, нагревают ее и через открытые дымовые клапаны направляются в дымовой боров 2 и дымовую трубу 1.
68
Глава 1.6. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
Рис. 1.6.1. Схема воздушных и газовых трактов доменной печи:
I - тракт подачи горячего газа из газовой сети; II - отвод очищенного доменного газа в газовую сеть завода, III- подача неочищенного доменного газа к газоочистке; IV- воздухонагреватель в режиме "дутье";
V- воздухонагреватель в режиме "на нагреве"; VI - подача холодного дутья от воздуходувной машины, VII - подача горячего дутья в доменную печь
Работа в режиме "на дутье". При переводе воздухонагревателя "на дутье" воздух от воздуходувной машины по воздухопроводу через воздушно-разгрузочный клапан, открытый клапан холодного дутья 24 подается в воздухонагреватель, проходит через насадку, нагревается и через открытый клапан горячего дутья 26 по воздухопроводу подается в кольцевой воздухопровод 21 и через фурмы 22 - в доменную печь.
Порядок работы газовоздушной системы. Доменный газ от печи с давлением 0,20 -0,25 МПа отводится четырьмя (на печи 5000 м3 -восемью) газоотводами, которые попарно объединены в нисходящие газопроводы 15 неочищенного газа с отсечным клапаном 13. По этим газопроводам газ направляется в пылеуловитель /2, где происходит его первичная (грубая) очистка. В верхней части газопроводов печи и пылеуловителя установлены атмосферные клапаны (свечи) 14 и 16 печи и пылеуловителя, которые открываются только при остановках печи. После грубой очистки доменный газ направляется в скруббер 9 высокого давления, где происходит его дальнейшая (полутонкая) очистка с использованием орошения восходящего газового потока распыленной водой, которая смачивает и уносит частицы пыли. Далее газ проходит тонкую очистку в аппарате 7 (дезинтегратор, труба-распылитель, электрофильтр или керамический фильтр) и подается в газовую сеть завода.
От скруббера высокого давления полу-чистый газ по газопроводу 11с задвижкой 10 подается к уравнительным клапанам 18 и 19 межконусного пространства (накопительный бункер бесконусного загрузочного устройства) загрузочного устройства печи.
1.6.3.	КОМПЛЕКС ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ
Основными элементами комплекса воздухонагревателей (рис. 1.6.2) являются блок воздухонагревателей I - IV, система газо- и воздухопроводов с оборудованием для управления работой воздухонагревателей и подачей горячего дутья в доменную печь. Эта система состоит из трех частей: нагревательного тракта V, VIII и X, тракта холодного дутья XI и IX и тракта горячего дутья VI и VII. Эти тракты соединяют воздухонагреватели между собой, с газовой сетью, атмосферой, воздуходувными машинами и доменной печью XII.
Нагревательный тракт. Для подачи газа и воздуха в камеру горения воздухонагревателя и выхода из него продуктов горения используют следующие механизмы и устройства: дроссельные клапаны 3 для газа, отделительные клапаны 4, газовые горелки 6, отсечные клапаны 5, дымовые клапаны 10, которые могут иметь глушитель 17, перепускные клапаны 9 для снижения давления воздуха в воздухонагревателе, атмосферные клапаны 1 и листовые задвижки 2. Этот тракт связывает воздухонагреватели с газовой сетью завода.
ОБОРУДОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ТРАКТА
69
Рис. 1.6.2. Схемы комплекса воздухонагревательных сооружений доменной печи (а) и потоков газового и воздушного (б)
На нагрев воздухонагревателя доменной печи большого объема расходуют до 200 000 м3 газа в 1 ч и примерно такое же количество воздуха. Температура продуктов сгорания в воздухонагревателе достигает 1500 - 1550 °C, а отходящих дымовых газов 400 °C.
Тракт холодного дутья связывает воздуходувные машины с воздухонагревателями и трактом горячего дутья.
В состав тракта холодного дутья входят основной воздуховод XI с воздушноразгрузочным 13, дроссельными 7 и отсечными 8 клапанами холодного дутья и смесительный воздухопровод IX со смесительным 14 и отделительными 15 клапанами. По основному воздухопроводу XI холодный воздух для нагрева поступает от воздуходувной машины к воздухонагревателям, а по смесительному воздухопроводу IX часть холодного дутья направляется в магистральный воздухопровод VII ддя стабилизации температуры горячего дутья.
Тракт горячего дутья представляет собой систему воздухопроводов, футерованных огнеупорами, с оборудованием (клапанами горячего дутья 11, атмосферными клапанами 16 и фурменными приборами 12), связывающую доменную печь с воздухонагревателями.
Механизмы и оборудование тракта работают в тяжелых условиях, испытывая действие больших тепловых нагрузок. Это обусловлено высокой температурой горячего дутья и большим его расходом. Скорость дутья в клапане
90 - НО, в фурме 160 - 200 м/с; избыточное давление до 0,4 - 0,5 МПа. Общее количество теплоты, вносимое в печь горячим дутьем, достигает 700 - 900 млн. кДж/ч. Детали механизмов тракта, испытывающие большие тепловые нагрузки, выполняют водоохлаждаемыми. Суммарный расход воды на охлаждение деталей одного клапана горячего дутья, составляет 45 - 110, а деталей фурменного прибора 20 - 40 м3/ч. Перепад температур воды на входе в деталь и выходе из нее колеблется в пределах 1 - 20 °C.
1.6.4.	ОБОРУДОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ТРАКТА
Воздухонагреватель представляет собой периодически действующий аппарат регенеративного типа с внутренней или наружной камерой горения. Воздух нагревается в нем теплотой, получаемой в результате сжигания газообразного топлива, иногда в сочетании с жидким. В качестве топлива используют очищенный доменный колошниковый газ в смеси с коксовым или природным газом.
Воздухонагреватель с внутренней камерой сгорания (рис. 1.6.3) имеет кожух диаметром до 10,5 м и высотой до 50 м, состоящий из цилиндрической оболочки со сферическим куполом и внутренней огнеупорной футеровки. Между огнеупорной кладкой и кожухом оставляют зазор, заполняемый легкодеформируемым теплостойким материалом (асбестом).
70
Глава 1.6. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
Рис. 1.6.3. Воздухонагреватель с внутренней камерой горения:
1 - воздухонагреватель (1а - насадочное устройство, 16 - сферический купол; 1в - камера горения); клапаны: 2 - горячего дутья, 3 - дроссельный,
6 - отсечной, 7- отсечного холодного дутья,
8 - перепускной, 9 - дымовой;
4 - вентилятор; 5 - газовая горелка
Рис. 1.6.4. Воздухонагреватель с наружной камерой горения:
1 - насадочная камера; 2 - насадка;
3 - купол; 4 - камера горения
Внутри воздухонагревателя имеется выложенная огнеупорным кирпичом и открытая сверху вертикальная камера горения, рядом с которой расположено насадочное пространство, заполненное огнеупорным кирпичом со сквозными ячейками, - вертикальными каналами, благодаря которым нагреватель имеет большую поверхность теплопередачи. Поверхность нагрева насадки одного воздухонагревателя, например доменной печи объемом 3200 м3, составляет 55560 м2.
Из-за большой разницы температур в камере горения и в нижней части насадочного пространства возникает различное расширение материала кладки, что обусловливает появление в кладке высоких напряжений.
Конструкция воздухонагревателя с наружной камерой горения (рис. 1.6.4) позволяет существенно повысить тепловую мощность воздухонагревателей в результате увеличения объема насадочной камеры и снижения неравномерности нагрева насадки по сечению и высоте.
Газовые горелки (рис. 1.6.5) служат для принудительной подачи газа и воздуха в камеру горения, смешения газов в этой камере и проталкивания продуктов сгорания через насадку воздухонагревателя.
По способу подвода воздуха к рабочей части горелки различают конструкции с индивидуальным вентилятором и с подводом воздуха от центральной вентиляторной станции.
Технические характеристики газовых горелок Пропускная спо-
собность, м3/ч	 Давление, кПа:	75000	120000	200000
воздуха 		4	6	До 15
газа		0,8	1,2	До 15
Температура газа, °C	 Диаметр входного	До 100	-	-
патрубка в свету,		*	
мм:			
для газа		1100	1300	2000
для воздуха ....	900	1100	1500
Фотореле		-	ФЭА-30	-
Масса, т	4,08	6,0	17,5
На новых воздухонагревателях устанавливают керамические горелки различной конструкции. В отличие от металлических горелок эти горелки изготовляют встроенными в камеру горения, чем обеспечивается смешение газа и воздуха только в камере, исключающее пульсацию факела и неравномерный нагрев стенок камеры горения.
Дроссельные клапаны для газа и воздуха. Дроссельный клапан (рис. 1.6.6) предназначен для регулирования расхода газа, подаваемого в газовую горелку воздухонагревателя. Его устанавливают на вертикальном участке газопровода в непосредственной близости от горелки.
ОБОРУДОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ТРАКТА
71
Рис. 1.6.5. Горелка газовая пропускной способностью 200 000 м3/ч:
7, 2 и 4 - трубы; 3 - сварной корпус; 5 - кронштейн; 6 - гляделка; 7- крышка люка
Рис. 1.6.6. Автоматический дроссельный газовый клапан диаметром 1100 мм:
7 - бесконтактный командоаппарат; 2 - кинематический редуктор; 3 - командоаппарат; 4 - вал мотыля;
5 - сальник; 6 - мотыль; 7 - груз; 8 - электродвигатель; 9 - сельсин; 10 - якорь;
77 - магнитодержатель; 12 - червячный редуктор
Для регулирования расхода воздуха, подаваемого в газовую горелку воздухонагревателя от центральной вентиляторной станции применяют дроссельные клапаны.
Наличие конечных выключателей, ко-мандоаппаратов, сельсина - датчика, а также установка на клапане индикатора угла поворота дросселя обеспечивает возможность автоматизированного управления клапаном, дистанционного контроля за его работой и сигнализации.
Перепускные клапаны тарельчатого типа диаметрами 350 и 500 мм предназначены для снижения давления в воздухонагревателе при переводе его из режима "на нагреве" в режим "на дутье".
Клапан диаметром 600 мм предназначен для снижения давления в воздухонагревателе при переводе его из режима "на дутье" в режим "на нагреве" перед открыванием дымовых клапанов.
72
Глава 1.6. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
Клапаны устанавливают в непосредственной близости от воздухонагревателя соответственно на перепускном воздухопроводе холодного дутья и на трубопроводе, соединяющем воздухонагреватель с дымовым боровом.
Клапан диаметром 500 мм (рис. 1.6.7) имеет электромеханический привод, клапаны 350 и 600 мм приводятся в действие централизованным гидроприводом.
Дымовые клапаны тарельчатого типа предназначены для отключения воздухонагревателя доменной печи от дымохода. Их устанавливают в непосредственной близости от воздухонагревателя. Клапаны диаметром 1100 и 1300 мм приводятся в действие отдельно стоящим электроприводом, а клапаны диамет
ром 2000 мм - встроенным в них гидравлическим цилиндром.
Клапан с гидроприводом (рис. 1.6.8) работает от качающегося гидроцилиндра 2, шарнирно укрепленного на корпусе клапана через рычаг 1. Угол поворота рычага регулируется двумя конечными выключателями 5, на которые воздействует установленная на рычаге линейка. Контактная поверхность запорной тарели сферическая, седла - коническая. Обе поверхности наплавлены твердым сплавом.
Рабочее давление со стороны воздухонагревателя при закрытом клапане составляет 0,5 МПа, наибольшая температура проходящего газа 400 °C.
л-л
Юд туем,
Рис. 1.6.7. Клапан перепускной диаметром 500 мм:
1 - корпус; 2 - корпус седла; 3 - запорная тарель; 4 - шток; 5 - вал; 6 - пружина; 7 - зубчатая рейка;
8- вал-шестерня; 9- кривошипно-шатунный механизм; 10- глобоидно-червячный редуктор;
11 - маховичок; 12 - электродвигатель; 13 - командоаппарат; 14 - кинематический редуктор
ОБОРУДОВАНИЕ НАГРЕВАТЕЛЬНОГО ТРАКТА
73
Рис. 1.6.8. Дымовой клапан диаметром 2000 мм с гидроприводом
Диаметр клапана, мм	Л	В	С	D	Е	F	G	В	I	J	К	L	М	*	Р	Q	R	$
1400	1400	1560	1873	700	3911	1424	1620	1050	4	800	940	1760	3214	1550	924	719	1440	0
1600	1600	1760	2560	1000	4340	1624	1820	850	5	380	1090	1995	4000	2130	1024	918	1568	530
2000	2000	2250	3135	1252	-	2024	2340	955	5	970	1210	2565	4940	2700	1224			520
Рис. 1.6.9. Воздушно-разгрузочные клапаны диаметрами 1400, 1600 и 2000 мм:
1 - корпус; 2 - тяга; 3 - поршень; 4 - корпус цилиндра; 5 - колпак; 6 - мотыль; 7 - вал; # - червячный одноступенчатый редуктор; 9 - маховичок; 10 - электродвигатель;
11 - командоаппарат; 12 - комбинированный редуктор
74
Глава 1.6. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
1.6.5.	ОБОРУДОВАНИЕ ТРАКТА ХОЛОДНОГО ДУТЬЯ
Воздушно-разгрузочный клапан дроссельного типа (рис. 1.6.9) предназначен для регулирования количества воздуха, подаваемого в доменную печь, и при необходимости, - для быстрого прекращения его подачи без остановки воздуходувной машины. Клапан устанавливают на горизонтальном участке воздухопровода холодного дутья между воздуходувной машиной и воздухонагревателями.
Конструкция клапана. Клапан представляет собой комбинацию кинематически связанных между собой двух клапанов - дроссельного регулирующего клапана мотылькового типа и выпускного клапана поршневого типа, соединяющего воздухопровод с атмосферой. Диаметры клапана 1400, 1600 и 2000 мм, исполнения - правое и левое.
В клапанах диаметром 1600 и 2000 мм вал мотыля смещен в сторону от выпускного клапана, что уменьшает боковое давление поршня выпускного клапана на стенку цилиндра и уменьшает его износ.
Шиберный отсечной клапан холодного дутья предназначен для полного отделения воздухонагревателя от воздухопровода холодного дутья. Его устанавливают на вертикаль
ном участке указанного воздухопровода в непосредственной близости от воздухонагревателя.
Модификации клапана. Шиберные клапаны изготовляют диаметром 1200 и 1400 мм с электроприводом и диаметром 1600 мм с гидроприводом (рис. 1.6.10). При отсутствии электроэнергии привод клапана может быть приведен в действие вращением вручную цепного колеса, установленного на консольной части червячного вала редуктора.
Техническая характеристика клапана приведена в отраслевом каталоге "Доменное оборудование" (18-1-87. М.: НИИИнформ-тяжмаш, 1987).
Работа клапана. При закрытом клапане заслонка под действием одностороннего давления воздуха прижимается к корпусу, прекрывая проходное отверстие клапана.
При открывании клапана привод сообщает движение зубчатой рейке, которая перемещает малую заслонку, выполняющую роль перепускного клапана. После полного открывания заслонки происходит постепенное выравнивание давления воздуха по обеим сторонам заслонки. Когда перепад давлений достигнет 0,03 МПа, происходит полное открывание проходного отверстая клапана.
Рис. 1.6.10. Отсечной клапан холодного дутья диаметром 1600 мм с гидроприводом: 1 - шибер; 2 - гидроцилиндр; 3 - траверса; 4 - штанга; 5 - линейка конечного выключателя
ОБОРУДОВАНИЕ ТРАКТА ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ
75
1.6.6.	ОБОРУДОВАНИЕ ТРАКТА ГОРЯЧЕГО ДУТЬЯ
Отсечной клапан горячего дутья. Клапаны по назначению подразделяют на два вида: горячего дутья (КГД) и отсечные (КО). Каждый вид клапанов имеет две модификации: В -с водяным охлаждением, И - с испарительным охлаждением. Каждая модификация - три исполнения: Э - с электрическим приводом; Б -без привода; Г - с гидравлическим приводом. Клапан горячего дутья и отсечной одинаковы по конструкции (оба шиберные) и отличаются только комплектностью поставки.
Сечение трубопровода перекрывается шиберами при перемещении вниз электромеханическим или гидравлическим приводом запорного диска и прижатия его к седлу односторонним давлением рабочей среды.
Изготовляют клапаны диаметром 1100, 1300 и 2000 мм (рис. 1.6.11). Клапаны диаметром 1100 мм имеют термофутеровку тепловоспринимающих поверхностей основных элементов.
Клапан горячего дутья предназначен для отделения воздухонагревателя доменной печи от воздухопровода горячего дутья при работе воздухонагревателя в режиме "на нагреве". Его устанавливают на горизонтальном воздухопроводе в непосредственной близости от воздухонагревателя. Изготовляют клапан с двумя прикрепленными к его корпусу фланцами.
Отсечной клапан предназначен для отделения газовой горелки от воздухонагревателя в режиме "на дутье", его устанавлива
ют между воздухонагревателем и газовой горелкой.
В клапане предусмотрен только один фланец, расположенный со стороны воздухонагревателя.
Фурменный прибор предназначен для подачи горячего дутья, а также газообразного, жидкого и пылеобразного топлива через воздушную фурму в горн доменной печи. Фурменный прибор (рис. 1.6.12) состоит из полой медной литой или штампованной из листовой меди воздушной фурмы с толщиной стенок до 8 мм; полого медного литого либо сварного стального фурменного холодильника и чугунной амбразуры с залитой в нее спиральной охлаждающей трубкой, называемой часто кадушкой.
Охлаждение осуществляют водой, подводимой непосредственно к торцевой части фурмы и амбразуры трубками диаметром 1 1/4”. Расход воды на каждую фурму составляет 15-20 м3/ч, нагрев в среднем не превышает 15 °C, скорость движения воды в фурме 0,05 - 0,20 м/с.
К фурменному прибору относятся также: сопло, передающее дутье из подвижного фурменного колена в фурму; подвижное кольцо с патрубком и гляделкой для наблюдения за работой фурмы и приливами для соединения с неподвижным коленом; неподвижное кольцо; фурменный рукав, соединяющий через штуцер фурменный прибор с кольцевой трубой горячего дутья.
Рис. 1.6.11. Клапан горячего дутья с условным диаметром Dy = 2000 мм с испарительным охлаждением и гидроприводом
76
Глава 1.6. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ
Рис. 1.6.12. Фурменный прибор доменной печи:
1 - 5 - трубы; 6, 13 и 24- патрубки; 7 - хомут; 8 - серьга; 9 - тяга; 10, 14 и 23 - фланцы; 11 - клинья; 12 - колено; 15 - амбразура; 16 - холодильник; 17 - сопло; 18 - фурма; 19 - прижимное устройство;
21 - гляделка; 22 - крышка; 25 - подвеска рукава
При повышенном давлении газа на колошнике и обогащении дутья кислородом, при высоком его нагреве неплотности сочленения фурменного прибора категорически недопустимы, так как ведут к горению деталей и могут послужить причиной аварий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов /А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1984. 440 с.
2. Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.
СПОСОБЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА
77
Глава 1.7
АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДОМЕННОГО ГАЗА
1.7.1.	СПОСОБЫ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ И ОЧИСТКИ ДОМЕННОГО ГАЗА
Доменный газ, обладающий высокой теплотой сгорания, широко используют в качестве топлива в различных агрегатах металлургического завода. Однако полное его использование возможно только при условии тщательной очистки от пыли. Выход доменного газа зависит от удельного расхода кокса в доменной плавке, количество пыли в газе - от степени подготовки сырья к плавке, прочности кокса, ровности хода печи и давления газа на колошнике [1, 2].
Очистка газа. Различают три стадии очистки доменного газа, основанные на сухом и мокром способах: грубая очистка - сухим способом в пылеуловителях до содержания пыли в газе 3-12 г/м3; полутонкая - мокрым способом в скрубберах и трубах-распылителях до 0,6 - 1,8 г/м3 и тонкая - сухим способом в тканевых фильтрах и мокрым способом в дезинтеграторах и электрофильтрах до 1 - 20 мг/м3.
Пылеуловители. Для грубой очистки газа устанавливают пылеуловители, которые представляют собой закрытые вертикальные цилиндрические резервуары с коническими торцами, футерованные изнутри огнеупорным материалом. Различают два типа пылеуловителей: первичный и вторичный.
В первичном пылеуловителе (рис. 1.7.1) с верхним осевым или боковым подводом газа и верхним его отводом отделение пыли происходит под действием силы тяжести на частицы в результате уменьшения скорости и подъемной силы газа при выходе из газопровода в пылеуловитель большого диаметра (до 12 м). Скорость движения газа в пылеуловителе должна быть меньше скорости осаждения частиц пыли - 0,8 - 1,2 м/с.
Во вторичном пылеуловителе (рис. 1.7.2) с подводом газа по касательной к цилиндрической поверхности стенки и отводом сверху пыль осаждается под действием центробезкяык сил, отбрасывающих частицы к стенке. Скорость осаждения пыли определяется из условия равновесия сил центробежной, приложенной к частице пыли, и сопротивления газа движению частицы.
Для полутонкой очистки газа применяют скрубберы и трубы-распылители, работающие на принципе улавливания пыли газа при смачивании ее водой.
Рис. 1.7.1. Схема устройства сухого пылеуловителя: 1 - газопровод; 2м 3 - трубы; 4 - пылеуловитель
Рис. 1.7.2. Схема устройства вторичного пылеуловителя:
1 - подвод газа к пылеуловителю;
2 - уголки на стенках;
3 - конус, предохраняющий осевшую пыль от уноса;
4 - выход газа для тонкой очистки
Скруббер (рис. 1.7.3) выполняют в виде вертикального цилиндрического резервуара 2 с коническими торцами, в боковой стенке которого расположен наклонный патрубок 1 для подвода грязного газа, поступающего из пылеуловителя. Проходя через скруббер, газ через форсунки 3 орошается сверху водой и отводится через патрубок 4.
78 Глава 1.7. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
Рис. 1.7.3. Скруббер
Очистка газа происходит в результате резкого снижения его скорости при входе в резервуар большого объема и смачивания частиц пыли водой. Загрязненная вода из нижней части скруббера, пройдя водяной затвор 10, переливается в желоб 9. С помощью дросселя 7 с поплавковым приводом 6 автоматически поддерживается заданный уровень воды в нижней части скруббера. Резервуар поплавкового привода сообщается со скруббером трубой 8. При достижении предельного верхнего уровня вода сливается через резервный отвод 5.
Скрубберы обеспечивают высокую степень очистки газа, содержание пыли в среднем составляет 0,45 - 1,6 г/м3. Удельный расход воды 2-4 л/м3. Производительность скруббера составляет 100 - 250 тыс. м3/ч.
Трубу-распылитель (трубу Вентури) размещают перед скруббером на входе газа или после него на выходе. Эта труба представляет собой (рис. 1.7.4) расширяющееся сопло диаметром 1,6 и длиной 10,8 м, на входе которого установлены водяные форсунки. Благодаря высоким скоростям движения газа и тонкому распылению воды происходит разрушение или уменьшение толщины газовых оболочек, адсорбированных частицами пыли.
Рис. 1.7.4. Труба-распылитель
Гидравлическое сопротивление трубы-распылителя 2,5 - 4,5 кПа, удельный расход воды 0,4 - 0,6 л/м3, производительность 110 000 - 125 000 м3/ч.
Для тонкой очистки газа применяют электрофильтры. Газ, поступая в нижнюю часть электрофильтра, поднимается и, пройдя распылительную решетку, попадает в создаваемое электродами электростатическое поле, в котором частицы пыли заряжаются, притягиваются к соответствующему электроду и осаждаются. С труб осаждающаяся пыль непрерывно смывается водой, подаваемой сверху соплами.
КЛАПАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
79
Современные электрофильтры рассчитывают на пропускную способность по газу 320 -375 тыс. м3/ч при избыточном давлении газа 24,5 - 245 кПа и скорости 2,5 - 1,4 м/с. Содержание пыли в газе после прохождения его через фильтр не более 4 мг/м3, удельный расход воды 1,3 - 1,6 л/м3. Схема очистки доменного газа, содержащая сухой радиальный пылеуловитель, три трубы-распылителя с каплеуловителем и дроссельной труппой может снизить запыленность газа до 2,85 - 3,90 мг/м3.
1.7.2.	КЛАПАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Атмосферные клапаны. Для удаления газа в атмосферу из печи и пылеуловителя предусмотрены два атмосферных клапана на свечах
вертикальных газоотводов в доменной печи и два клапана - на пылеуловителе.
Доменные печи оснащают атмосферными клапанами тарельчатого типа диаметром 800 мм (рис. 1.7.5). Корпус 2 клапана установлен на патрубке 1 и имеет седло 3 со сферической контактной поверхностью, закрываемое таре-лью 4. Посредством пальца 12 и шарового подшипника скольжения 11 тарель соединена с двухплечным рычагом 6, который с осью 5 поворачивается в подшипниках 9, установленных на раме 13. На одном конце рычага 6 через траверсу 10 подвешены цепи с контргрузом, а на другом закреплена серьга 8 с коушем 7 каната.
Рис. 1.7.5. Атмосферный клапан доменной печи
80 Глава 1.7. АГРЕГАТЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОЧИСТКИ И ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА
Ф 3196
Рис. 1.7.6. Отсекающий клапан пылеуловителя
Пылеуловители оснащают атмосферными клапанами диаметром 400 и 250 мм, конструкция которых подобна конструкции атмосферного клапана доменной печи.
Отсекающий клапан (рис. 1.7.6) предназначен для отделения пылеуловителя от доменной печи. Опорное кольцо 7, фланец 6 и корпус люка 11 вварены в кожух пылеуловителя, который выполняет роль корпуса клапана, закрытого сверху крышкой 7. Седло 2 имеет две рабочих контактных поверхности, на которые при закрытом клапане опираются соответствующие конусы. Нижний конус 3 шарнирно подвешен к штанге 5, подвешенной к канату через тягу 9 и коуш 10, а верхний 4 имеет отверстие для прохода штанги. При открывании клапана сначала поднимается нижний конус, а затем, когда он упрется в верхний, происходит подъем обоих конусов. Корпус 8 двойного сальникового уплотнения штанги снабжен штуцером для подвода пара с целью обогрева уплотнения. При закрытом клапане в пространство между нижним и верхним конусами через штуцер, вваренный в седло, подается пар под давлением.
Задвижки. Для отключения агрегатов газоочистки и участков газопроводов от общей газовой сети применяют задвижки с механическим зажимом шибера или от термоэлемента.
Задвижка с механическим зажимом шибера (рис. 1.7.7) имеет сварной корпус с патрубками 7 и 2, на которых установлены стойки 13 и 14, шибер 15 с зубчатым сектором 16 и ось 72 со свободно закрепленным на ней шибером. Механизм поворота шибера состоит из смонтированного на патрубке 2 электродвигателя 4, редуктора 5, вала 6 с закрепленной на нем шестерней 7 и штурвала 3.
Два одинаковых механизма зажима шибера смонтированы на корпусе и включают в себя штурвалы 77, червячный редуктор 10, винт 9 и гайку 8, заключенную в корпус подшипника.
Задвижка рассчитана на избыточное давление газа до 0,03 МПа, время открывания 0,9 - 2,8 мин. Диаметры условного прохода выпускаемых задвижек 600 - 2400 мм, их масса 1,2 - 4,9 т.
СИСТЕМА ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДОМЕННОГО ГАЗА
81
Ряс. 1.7.7. Задвижка газопровода с механическим зажимом шибера
Задвижка с зажатием заслонки с помощью термоэлемента работает как 3-стержневой элемент, в котором все стержни одним концом связаны траверсой, другим концом два боковых стержня скреплены с одной деталью (А), а средний стержень - с другой деталью (Б), причем этот стержень равномерно нагревают по длине. Нагрев среднего стержня приводит к его удлинению и, соответственно, к смещению деталей относительно друг друга на величину Д£, определяемую зависимостью
=	(1.7.1)
где К\ - коэффициент линейного расширения материала стержней; Д/ - разность температур стержней; L - длина стержня.
Для сокращения времени, требующегося на зажатие заслонки, предусмотрено водяное охлаждение тяг.
1.7.3.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ УБОРКИ ПЫЛИ
Сухую колошниковую пыль, охлажденную в пылеуловителе, периодически удаляют из него и отправляют на аглофабрику. Транспортирующий конвейер (рис. 1.7.8), предназначенный для удаления колошниковой пыли из пылеуловителя с одновременным ее увлажнением, состоит из винтового конвейера, отсечного клапана и задвижки.
Винтовой конвейер состоит из рамы 7, корпуса 8 с двумя винтами (шнеками) 5 и 6, стойки 77 с опорными подшипниками 77 винтов, шестеренной клети 4, муфт 3 и 73, редуктора 2, электродвигателя 72 переменного тока (мощность 11 кВт) и трубы 9 с форсунками для увлажнения пыли. Корпус имеет приемное отверстие 10 и выгрузочный патрубок 7 диаметром 430 мм. При движении пыль смачивается водой (расход до 25 м3/ч), подаваемой через форсунки, и в увлажненном виде выгружается на железнодорожную платформу или в полувагон. В зимнее время перед пуском конвейера в работу в корпус через форсунки подают пар для разогрева смерзшихся остатков массы.
Конвейер рассчитан на избыточное давление газа в пылеуловителе до 0,25 МПа и температуру газа и пыли до 400 °C. Производительность конвейера 100 м3/ч, масса 8,8 т.
Отсечной клапан 14 тарельчатого типа диаметром 600 мм предназначен для выпуска пыли из пылеуловителя и имеет контргруз 76, рычаг которого соединен канатом с двухскоростной лебедкой грузоподъемностью 1,1 т для открывания клапана. Клапан рассчитан на избыточное давление газа 0,15 МПа, масса клапана 5,3 т.
Задвижка 75 предназначена для отсоединения от пылеуловителя отсечного клапана и винтового конвейера при их ремонтах.
1.7.4.	СИСТЕМА ПОВЫШЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ДОМЕННОГО ГАЗА
Работа доменной печи на повышенном давлении газа (свыше 0,02 МПа). Избыточное давление газа под колошником создает дроссельное устройство (рис. 1.7.9), которое состоит из цилиндрического корпуса 7 с фланцами и с четырьмя дросселями. Три дросселя 2 большого диаметра (750 мм) создают повышенное давление; для снятия давления их открывают. Дроссель 3 меньшего диаметра (400 мм) служит для автоматического поддержания заданного под колошником повышенного давления. Дроссели 2 снабжены индивидуальными приводами #, расположенными рядом с ними; привод дросселя 3 вынесен в сторону и соединен с ним тягой 5. Привод всех дросселей электромеханический.
Использование дроссельной группы в качестве газоочистного устройства возможно, если перед дросселями в корпусе 6 установить форсунки 7.
82
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рис. 1.7.8. Винтовой конвейер пылеуловителя
Рис. 1.7.9. Дроссельное устройство
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 1. Машины и агрегаты доменных цехов /А. И. Целиков, П. И. Полухин,
В. М. Гребеник и др. М.: Металлургия, 1984. 440 с.
2. Металлургия чугуна / Е. Ф. Вегман, Б. Н. Жеребин, А. Н. Похвиснев и др. М.: Металлургия, 1989. 512 с.
Раздел 2
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ КОНВЕРТЕРНЫХ ЦЕХОВ
Глава 2.1
КОНВЕРТЕРЫ
2.1.1.	ОБЪЕМНО-ПЛАНИРОВОЧНЫЕ РЕШЕНИЯ И СОСТАВ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
Общие сведения. Конвертерный способ производства стали отличается высокой производительностью, экономичностью, широкими возможностями по автоматизации технологического процесса и совместимостью с машинами непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), скоротечностью и частыми выпусками плавок, что предъявляет особые требования к планировочным решениям. Непременным условием является полная независимость работы конвертеров друг относительно друга - проведение любой операции на одном конвертере не должно приводить к задержкам на других. Полная независимость грузопотоков хотя и требует дополнительного числа машин, обслуживающих конвертеры, но позволяет исключить сбои в эксплуатации цеха в целом и таким образом, обеспечить максимально возможную производительность.
Состав конвертерного цеха. В состав этого цеха, как правило, входят конвертерный и завалочный пролеты, а также отделения: мик-серное, сыпучих материалов и непрерывной разливки стали. В некоторых цехах доставку жидкого чугуна в конвертерный цех осуществляют в передвижных миксерах и поэтому мик-серное отделение отсутствует.
В.конвертерном пролете размещены собственно конвертеры (обычно два -три), газоотводящий тракт с оборудованием для очистки газов, конвейеры и бункеры для подачи сыпучих материалов.
Заливку чугуна в конвертер и завалку скрапа осуществляют из завалочного пролета. Для завалки скрапа чаще всего используют специализированные завалочные машины.
Груженые совки со скрапом поступают из скрапного пролета.
Подача чугуна в конвертерный цех. Выплавляемый в доменных печах чугун подают в конвертерный цех по двум схемам - с хранением его в стационарных миксерах и с подачей непосредственно в цех передвижными миксерами.
По первой схеме чугун сливают в открытые чугуновозные ковши, максимальная вместимость которых составляет 140 т, и составы чугуновозов тепловозом транспортируются в миксерное отделение (см. гл. 1.5). Здесь чугун сливают в стационарные миксеры -накопители. По мере необходимости чугун сливают в заливочные ковши, размещенные на самоходных чугуновозах, перевозят их в завалочный пролет конвертерного цеха и с помощью крана переливают в конвертер.
По второй схеме чугун в передвижных миксерах от домен транспортируют непосредственно в конвертерный цех, где его сливают в заливочные ковши и далее - в конвертер. Эта схема выгодно отличается от первой тем, что отпадает необходимость в сооружении дорогостоящего миксерного отделения, сокращается парк чугуновозных ковшей, появляется возможность принять выпуск доменной плавки в один ковш и снимаются потери температуры чугуна из-за сокращения числа переливов. Другая особенность этой схемы заключается в том, что в таких миксерах можно перевозить жидкий чугун на большие расстояния - между соседними заводами и даже между соседними городами по железным дорогам общего пользования.
Подача сыпучих материалов. Во время продувки чугуна в конвертер подают сыпучие материалы, необходимые для реализации химических реакций рафинирования чугуна. Современные системы подачи сыпучих материалов основаны на применении конвейерных линий, бункерного хранения материалов и их автоматического дозирования.
Тракт подачи сосредоточен в конвертерном пролете. По назначению механизмы подачи можно разбить на три группы, работающие независимо одна от другой. Механизмы первой группы используют для подачи материалов в бункеры запаса, второй - из бункеров запаса в промежуточные бункеры и третьей -из промежуточных бункеров в конвертер.
В бункерах запаса хранят известь, железную руду, бокситы, окалину и т.д. Запас должен обеспечить работу конвертера в случае перебоев в снабжении ими цеха. Загрузку осуществляют системой конвейеров, а заполнение промежуточных бункеров во время каждой плавки - весовыми дозаторами, ленточ-
84
Глава 2.1 КОНВЕРТЕРЫ
ними и элекгровибрационными питателями и конвейерами.
Эта схема подачи сыпучих материалов с непринципиальными изменениями получила распространение почти во всех конвертерных цехах.
Сгалеразливочные ковши и шлаковый. Продукты плавки (готовую сталь, шлак) сливают в сталеразливочные ковши и в шлаковый, установленные на сталевозах и шлаковозах. После заполнения ковши со сталью передают на разливку, а шлаковни переставляют на несамоходные шлаковозы и составами транспортируют на шлаковый отвал.
Обслуживание конвертеров осуществляют с рабочей площадки, на которой размещены пульты управления, оборудование для замера параметров плавки, удаления настылей с горловины и т.д. С рабочей площадки производится завалка в конвертеры скрапа и ломка изношенной футеровки.
Отделение машин непрерывного литья (МНЛЗ) состоит из нескольких пролетов, в которых установлены эти машины, а также размещены участок ремонта и подготовки промежуточных ковшей и технологического оборудования, агрегаты для внепечной обработки стали и т.д.
Участки внепечной обработки. На некоторых заводах сооружают специализированные участки внепечной обработки, включающие комплекс агрегатов, которые могут быть использованы как совместно в различных комбинациях, так и по отдельности.
2.1.2.	РАЗНОВИДНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРАХ
Способы получения стали в конвертерах. Наиболее широко распространен способ продувки жидкого чугуна в конвентере технически чистым кислородом. Эта технология обеспечивает высокую производительность, низкие удельные капитальные и эксплуатационные затраты, возможность автоматизации и механизации технологических процессов. Разработаны также и другие варианты (более двадцати) конвертерных процессов. Их можно разделить на две основные группы - процессы для повышения качества стали и улучшения технико-экономима ких показателей плавки и процессы -/шественного снижения расхода «туна и увеличения доли лома в шихте.
К числу конвертерных относится и ряд технологических процессов, разработанных на основе классической технологии продувки чугуна кислородом сверху - это процессы донного и комбинированного дутья с подачей через днище и через верхнюю фурму газа с различным сочетанием кислорода, природного и инертного газов, порошковой извести и т.д.
Использование конвертерных процессов позволяет выплавлять стали широкого сортамента - рельсовую, для металлокорда, арматурную, для глубокой и особоглубокой вытяжки, трансформаторную, легированную и др.
Переработка скрапа. Вывод из эксплуатации мартеновских цехов привел к накоплению скрапа. В классическом процессе верхнего дуты?для его расплавления используют физическую теплоту чугуна, теплоту сгорания примесей чугуна и окисления железа. По этой причине доля скрапа в шихте ограничена 25 %. Однако, одно из преимуществ процесса донного дутья - уменьшение окисления железа и, следовательно, сокращение выделения теплоты, - является причиной снижения доли переплавляемого лома. Этого недостатка лишены процессы комбинированного дутья, в которых, благодаря подаче кислорода через верхнюю фурму, можно значительно улучшить тепловой баланс. В табл. 2.1.1 приведены данные о соотношении жидкого чугуна и скрапа в кислородно-конвертерных процессах.
2.1.1. Соотношение жидкого чугуна и скрапа в шихте конвертерной плавки
Состав шихты на 1 т жидкой стали, кг	Разновидность процесса		
	с верхним дутьем	с донной продувкой	с комбинированной продувкой
Чугун	795	810	•740
Скрап (доля скрапа, %)	310 (28)	270 (25)	335 (31)
Наиболее эффективными процессами в части переработки лома являются процессы с использованием в период предварительного нагрева мазута, жидкого или твердого порошкообразного (угля, кокса) топлива через донные фурмы в струе кислорода. На следующих стадиях продувки жидкой ванны эти фурмы используют для подачи кислорода в струе защитного газа.
Характеристики конвертерных процессов (табл. 2.1.2). Все многообразие конвертерных процессов можно подразделить на три основные группы, отличающиеся по способам подвода и составу дутья, подаваемого в конвертер.
Классический процесс верхнего дутья (LD). Подача кислорода в реакционную зону осуществляется через верхнюю водоохлаждаемую многосопловую фурму, а загрузка шлакообразующих - через горловину конвертера
STB	LD-OTB	LD-OB	LBE	LD-HC	LD-CD	LO-CB	Jg-cn	LD-AB		СЛ	О E	AOD	LWS	Q-BOP 1	OBM
+	+	+	+	+	+		+	+	+	+	+				
			+					1	!						
	+	+		+	+	+			+	+	+	+	+	+	+
				+											
+								+				+			
			+				+				r				
				4	г				+	+	J			+	+
+				+ i _ _ i					+		g	+			
+				1		+					jl		+		
											+		+		
										+	+		+		
				5					+					+	
				1 ! 1 i	! i				+	+					
									+						
				' * г 1	!					+						
				Г T ' I /	1					+						
Донное дутье
g 5
+	+
+	+
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
Разновидность процесса				
кислородом		i		
кислородом с добавлением извести		§		
кислородом				JO
окисью углерода				R* jo
инертным газом через донные фурмы				
инертным газом через пористую футеровку				1
природным газом	при			i s
инертным газом	Б		f	CD i
углекислым газом	> струи	1	1	9fi
водяным паром	кисло	•St		В КОШ
мазутом	1			1
известью в струе несущего газа				I
угля	при ните			
кокса				
нефти	ИЛ10К >uotf ш			
газа	В * р» 1			
86
Глава 2.1. КОНВЕРТЕРЫ
Рис. 2.1.1. Схемы процессов верхнего (а) и донного (6) дутья:
1 и 5 - верхняя и донные фурмы соответственно; подача: 2 - шлакообразующих материалов;
3 - кислородного дутья; 4 - извести в струе несущего газа; 6 - аргон и азот; 7 - природный газ
(рис. 2.1.1). Разновидность процесса LD -процессы LD - АС и OLP - отличаются тем, что в струе кислорода в реакционную зону подается порошковая известь.
Процесс переработки чугуна в конвертерах с подачей кислорода сверху обладает рядом преимуществ. Этот процесс пришел на смену мартеновскому производству стали, однако его совершенствование достигло своего предела и в настоящее время вытесняется процессами донного и комбинированного дутья [1].
Процессы донной продувки имеют четыре основных модификации: ОВМ, Q-BOP, LWS и AOD, причем первые два процесса практически не отличаются друг от друга.
Процесс ОВМ, по сравнению с классическим процессом LD-АС, позволяет успешно перерабатывать чугун с повышенным содержанием марганца, кремния и фосфора. В качестве защитного применяют природный газ и это приводит к повышенному содержанию водорода в готовой стали (до (7 ... 9) 10'4 %]. В некоторых сталях содержание водорода снижают кратковременной продувкой инертным газом, подаваемым по трактам подачи кислорода и природного газа.
Недостатки процесса - усложнение конструкции днища (оно должно быть обязательно съемным), необходимость подачи минимум трех различных газов через днище. Кроме того, вследствие особенностей расположения фурм на днище конвертер можно наклонять лишь в одну сторону и поэтому слив продуктов плавки приходится осуществлять либо через горловину, либо через летку, которую необходимо заделывать после каждой плавки.
Практическим отличием процесса LWS от ОВМ-процесса является использование в качестве защитной среды пара, углекислого газа или мазута.
Процесс Q-ВОР является дальнейшим развитием ОВМ-процесса в направлении переработки фосфористых чугунов. С этой целью система подачи технологических газов через днище дополнена системой вдувания порошковой извести.
Процесс AOD, состоящий в продувке аргонокислородной смесью полупродукта, получаемого в дуговой электропечи (дуплекс-процесс), имеет особое значение для развития качественной металлургии. Продувку осуществляют в конвертере через боковые фурмы типа "груба в трубе”, установленные ниже уровня металла ванны.
Избирательного окисления примесей и возможности получения высокого содержания хрома (до 27 %) в конечной стали при низком содержании углерода (менее 0,015 %) достигают, изменяя соотношение в газе количеств кислорода и аргона. В начале продувки это соотношение равно 4 : 1, в конце - 1 : 3. На первой стадии продувки вместо дорогого аргона можно применять азот.
Преимущества выплавки коррозионно-стойкой стали дуплекс-процессом:
увеличение выхода хрома с 88 до 96 %;
возможность использования дешевых вы-сокоуглеродистых сортов феррохрома и отходов никеля и ферроникеля вместо чистого никеля;
снижение расхода электроэнергии и некоторое увеличение производительности электропечи из-за сокращения длительности плавки при изготовлении полупродукта;
спокойное протекание химических реакций, отсутствие выбросов металла и шлака, что позволяет снизить удельный объем конвертера с 0,9 - 1,1 м3/т для классического процесса верхнего дутья до 0,6 м3/т.
Поиск путей использования преимуществ донного дутья в существующих цехах с конвертерами LD и LD-АС привели к возникновению процессов комбинированного дутья, которые широко применяют в мировой практике. Имеется множество вариантов этих процессов, для которых характерны следующие основные признаки:
ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТЕРОВ
87
перемешивание ванны подачей инертного газа или азота через пористые огнеупоры;
перемешивание ванны подачей тех же газов через донные фурмы;
подача кислорода через донные фурмы в защитной струе.
Общий признак этих процессов - подача кислорода через верхнюю форму.
Большинство комбинированных процессов реализуют по технологии с применением дожигания окиси углерода в конвертере. Результатом донного перемешивания является большая однородность ванны по химическому составу и температуре. В связи с этим верхнюю кислородную фурму можно располагать при продувке на увеличенном расстоянии от поверхности ванны. Уже одна эта особенность комбинированных процессов позволяет снизить расход чугуна при использовании обычных многосопловых фурм [5].
Более хорошие результаты получают при применении двухярусных продувочных фурм или фурм с двухрядным (практически на одном уровне) расположением сопел. Общим признаком для этих фурм является наличие автономного регулирования подачи кислорода на рафинирование и на дожигание. Исследования показали, что степень усвоения ванной жидкого металла теплоты от дожигания окиси углерода составляет 60 - 70 %.
Другой способ улучшить тепловой баланс плавки - подать в конвертер дополнительное топливо, которым может служить кокс, уголь, природный газ, мазут и т.д.
Конструкции донных дутьевых устройств отличаются большим разнообразием. Такие устройства могут быть одноканальными фурмами, щелевыми, типа "труба в трубе" или их выполняют в виде пористых вставок. В качестве защитных сред при дутье через металличе
ские фурмы "труба в трубе" применяют газообразные или жидкие углеводороды.
Находят применение керамические многоканальные блоки с направленной пористостью, заключенные в металлический кожух. Каналы диаметром 1 - 1,5 мм не теряют газопроницаемости при прекращении подачи газа через них. Это позволяет в широких пределах изменять интенсивность продувки, полностью прекращать и снова возобновлять дутье.
Отсутствие верхней фурмы в конвертерах донного дутья в 2 раза снижает их высоту.
2.1.3.	ВЫБОР ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТЕРОВ
Расчеты размеров рабочего объема конвертеров с верхним кислородным дутьем приведены в работах [2 - 4, 6]. Общее условие, закладываемое в эти расчеты, - наличие достаточного свободного объема, в котором могла бы разместиться шлакометаллическая эмульсия во избежание ее выбросов при продувке. Простота конвертерного процесса допускает значительные колебания режима продувки и определяет некоторые пределы в выборе геометрических размеров конвертеров [9].
Расчет размеров конвертера следует начинать с определения его внутреннего объема. Масса плавки Q, внутренний объем V и удельный объем ДИ(м3/т) связаны соотношением
Обычно удельный объем конвертеров верхнего дутья равен 0,9 - 1,1 м3/т, конверторов донного дугья - 0,6 м3/т. Далее, по графикам (рис. 2.1.2) можно определить размеры внутреннего объема конвертера.
Л
Рис. 2.1.2. Профили конвертеров и их размеры для процессов: а - LD; б - Q-ВОР (ОВМ)
88
Глава 2.1. КОНВЕРТЕРЫ
Одной из конструктивных особенностей конвертеров с донной продувкой является уменьшение отношения высоты рабочего пространства к его диаметру. Объясняется это тем, что из-за снижения выбросов металла (более спокойный ход продувки) высота конвертера может быть уменьшена, тогда как его диаметр должен быть увеличен из-за необходимости размещения металла под зоной фурм при наклоне конвертера. На рис. 2.1.2 даны соотношения размеров конвертеров верхнего и нижнего дутья. Анализ рисунка показывает, что диаметр конвертеров донного дутья увеличивается на 10 - 12, а высота снижается на 5 - 9 % по сравнению с размерами конвертеров верхней продувки. В соответствии с изменением диаметра меняется и глубина жидкой ванны.
Режимы дутья. Опыт эксплуатации конвертера показывает, что режим дутья определяется комплексом следующих показателей: удельным объемом конвертера, соотношением высоты и диаметра ванны по футеровке, глубиной жидкой ванны, параметрами кислородного дутья и т.д. На ранних стадиях развития конвертерного производства применяли односопловые фурмы, что ограничивало расход дутья до 200 - 250 м3/мин. Его превышение приводило к значительным выбросам металла и шлака. В настоящее время используются только многосопловые фурмы, что позволяет значительно увеличить как расход, так и интенсивность дутья [7, 8].
Общий расход кислорода определяется количеством окисляемых за время продувки компонентов жидкой ванны и на одну тонну выплавляемой стали расход (q) составляет 50 -57 м3. Многосопловые фурмы позволяют обеспечить интенсивность (/) продувки 5 -6 м3/(т • мин), а расход - 2000 м3/мин и более.
Таким образом, теоретически время продувки не зависит от вместимости конвертера и определяется соотношением
t=l,
I
где q - расход кислорода, м3/т; / - интенсивность продувки, м3/(т • мин).
Практически, с учетом нагрева и расплавления лома на действующих конвертерах, продувка занимает 12 - 15 мин. Требуется лишь обеспечить "мягкую" продувку и рассредоточение газовых струй по поверхности ванны, что и достигается применением многосопловых фурм.
2.1.4.	КОНСТРУКЦИЯ КОНВЕРТЕРА
На современных металлургических заводах эксплуатируют конвертеры вместимостью 50 - 370 т. Конструкция конвертеров зависит от размеров, однако общим для них являются выполнение отделенного от корпуса опорного кольца, крепление их между собой с обеспечением компенсации термических упругих деформаций, применение сферических опорных подшипников и многодвигательных приводов наклона корпуса. Конвертеры малой и средней (до 200 т) вместимости имеют односторонний привод, большой вместимости - двухсторонний.
Конвертер большой вместимости (350 т) приведен на рис. 2.1.3. Его корпус 7 закреплен в опорном кольце 2 системой шарнирных тяг 3. Опорное кольцо имеет две удлиненные цапфы, на которых смонтированы подшипники 4 и навесные многодвигательные приводы 5 наклона корпуса. Зазор между корпусом и опорным кольцом защищен экраном от выплесков металла и шлака.
Рис. 2.1.3. Конвертер вместимостью 350 т
КОНСТРУКЦИЯ КОНВЕРТЕРА
89
Рис. 2.1.4. Корпус конвертера вместимостью 350 т
Корпус является базовым элементом конструкции, от которого в большой степени зависят эксплуатационные возможности агрегата. Внутренняя поверхность корпуса футерована огнеупорными кирпичами.
Корпус большегрузного конвертера дан на рис. 2.1.4. Его отличительные особенности - размещение пояса жесткости 8 с кронштейнами 9 для элементов крепления к опорному кольцу в нижней части и съемный шлем 1 на горловине 2.
Шлем и горловина выполнены массивными, из литой стали, что не только обеспечивает их высокую долговечность, но и увеличивает жесткость конической обечайки 3. Кроме того, эти детали хорошо выдерживают воздействие расплавленного металла и высоких температур при продувке плавки.
Цельносварной корпус, кроме перечисленных деталей, содержит также цилиндрические обечайки 4 и 5, тороидальную обечку 6 и сферическое днище 7. Его преимущества заключаются в простоте и надежности нижней части корпуса и сокращении его массы. Однако конвертеры с донным и комбинированным дутьем чаще всего имеют корпус с отъемным или вставным днищем. Это вызвано необходимостью ремонта фурменных устройств, смонтированных на днище. Способы их крепления отличаются разнообразием, но все они должны быть абсолютно надежными в эксплуатации и простыми в обслуживании.
Опорное кольцо представляет собой сварную конструкцию коробчатого сечения с ребрами жесткости. Его внутренний диаметр превышает наружный диаметр корпуса на 150 -200 мм. Оно состоит из двух полуколец с массивными цапфовыми плитами, в которые запрессованы цапфы. Как правило, габаритные
размеры кольца, не позволяют транспортировать его от завода-изготовителя к потребителю. Поэтому окончательную сборку осуществляют при монтаже кольца из двух или четырех частей. В зависимости от условий сборки элементы опорных колец соединяют монтажной сваркой или с помощью фланцевого соединения на болтах.
Элементы крепления корпуса конвертера к опорному кольцу приведены на рис. 2.1.5. Корпус удерживается в опорном кольце двумя вертикальными тягами с проушинами на концах, одной фиксированной опорой и одной подвижной. Нагрузки, направленные вдоль продольной оси конвертера, передаются вертикальными тягами и фиксированной опорой. При наклоне корпуса относительно оси цапф возникают силы, направленные в перпендикулярном к продольной оси конвертера направлении. Их воспринимают фиксированная и подвижная опоры. Таким образом, корпус закреплен всего в четырех точках по статически определимой схеме.
Преимущества описанной схемы: статическая определимость схемы крепления при любых положениях конвертера и при любых деформациях корпуса и опорного кольца, что исключает возникновение не учитываемых расчетом нагрузок;
отсутствие зазоров в сочленениях и устранение причин их возникновения;
простой монтаж корпуса на опорном кольце, когда нужна лишь установка на свои места крепежных элементов без всякого предварительного натяжения и подгонки;
размещенйе элементов крепления в зоне наименьших температур и наибольшей жесткости корпуса.
Опоры подвергаются воздействию больших вертикальных и горизонтальных нагрузок, которые, например, для конвертера вместимостью 370 т достигают значений соответственно 12 и 2 МН. Опоры должны компенсировать температурное расширение (30 - 50 мм) опорного кольца и несоосности цапф в результате погрешностей изготовления, а также их угловые перекосы. При выборе габаритных размеров подшипников необходимо также учитывать возникновение динамических нагрузок при завалке скрапа и вибрационных - при продувке плавки.
Другой особенностью работы подшипников является их медленное (0,1 - 1,5 об/мин) и редкое вращение. В связи с этим нагруженными в подшипниках оказываются практически одна нижняя зона наружного кольца и одни и те же ролики, так как не происходит ни проворачивания наружного кольца, ни изменения положения сепаратора с роликами, что имеет место в случае вращения подшипника в одну и ту же сторону с большой скоростью. Были попытки применения подшипников трения, однако из-за присущих им недостатков они не получили распространения.
90
Глава 2.1. КОНВЕРТЕРЫ
виЗБ
Рис. 2.1.5. Элементы корпуса конвертера к опорному кольцу:
1 - футеровка; 2 - корпус; 3 - опорное кольцо; 4 - цапфа; 5 - фланец полукольца;
6 - кронштейн подвижной опоры; 7- крепление съемного днища; 8 - пояс жесткости;
9 и 14- кронштейны фиксированных опор; 10 - шарнир вертикальной тяги; 11 - вертикальная тяга;
12 - кронштейн вертикальной тяги; 13 - упор; 15 - сферический вкладыш
В настоящее время в конструкциях применяют только подшипники качения. Если вначале при строительстве конвертеров небольшой вместимости применяли уже освоенные в изготовлении подшипники, то теперь выпускают подшипники "конвертерной" серии с повышенной осевой грузоподъемностью и возможностью компенсировать значительные (около Г) угловые перекосы и потому отличающиеся большой шириной.
При проектировании опор используют классическую схему, когда одну из опор выполняют фиксированной, а вторую - подвижной.
Наиболее распространены следующие комбинации подшипниковых опор:
1)	сферический подшипник на фиксированной опоре и роликовый цилиндрический подшипник с бочкообразными роликами на подвижной", линейные перемещения компенсируются в
результате перемещения внутреннего кольца цилиндрического подшипника вместе с роликами относительно наружного кольца, бочкообразные ролики обеспечивают компенсацию угловых перекосов цапфы на подвижной опоре; недостатки схемы: резкое снижение грузоподъемности цилиндрического подшипника из-за точечного контакта тел качения, недостаточен допустимый угол перекоса, обеспечиваемый подшипником; в силу этих причин схема не получила распространения в практике;
2)	сферические роликовые подшипники на фиксированной и подвижной опорах; линейные перемещения компенсируются в результате смещения наружного кольца подшипника подвижной опоры относительно корпуса подшипника, для чего в большегрузных конвертерах требуется сила не менее 2 МН. Недостатки
КОНСТРУКЦИЯ КОНВЕРТЕРА
91
Рис. 2.1.6. Навесной многодвигательный привод наклона конвертера:
1 - тихоходный редуктор; 2 и 3 - демпферы соответственно быстроходного редуктора и привода; 4 и 5 - соответственно зубчатое колесо и шестерня тихоходной ступени; 6 - электродвигатель;
7- быстроходный редуктор; 8 - тяга; 9 - балка удерживающего устройства; 10 - уравнительная тяга; 11 - опора
схемы: смещение роликов относительно наружного кольца, приводящее к восприятию реакции опоры только одним рядом роликов, что вызывает выкрашивание буртов колец и пластические деформации поверхностей качения, грузоподъемность подшипников снижается;
3)	сферические роликовые подшипники на обеих опорах и линейный подшипник на подвижной опоре, линейный подшипник позволяет снизить осевые нагрузки при перемещениях корпуса подшипника, но их применение значительно усложняет конструкцию и увеличивает затраты на изготовление.
Из трех схем наибольшее распространение получила вторая, как самая простая и отвечающая требованиям эксплуатации.
Привод наклона конвертера должен обеспечивать поворот корпуса с частотой от 0,1 при сливе стали и шлака до 1 - 1,5 мин4 при повороте от вертикального положения на слив продуктов плавки, на осмотр футеровки и т.д.
Для самовозврата корпуса в вертикальное положение его центр тяжести должен быть ниже оси цапф, что приводит к некоторому завышению вращающего момента на приводе, но обеспечивает безопасность эксплуатации.
Конвертеры вместимостью до 200 т снабжены одним приводом, а большегрузные
конвертеры - двумя приводами наклона. Набольшее распространение получили стационарные приводы, состоящие из' быстроходных и тихоходного редукторов, зубчатой муфты или шпинделя, соединяющих выходной вал тихоходного редуктора с цапфой конвертера. Как правило, такой привод имеет два силовых потока, что и обусловливает большие габаритные размеры последней ступени. Наличие зубчатой муфты или шпинделя приводит к увеличению габаритных размеров всего привода, а зазоры в них - к увеличению колебаний корпуса при пусках - остановках и возникновению динамических нагрузок.
В современных конвертерах применяют навесные приводы наклона, особенность которых заключается в том, что тихоходную ступень монтируют непосредственно на цапфе конвертера, а быстроходные редукторы - на выходных валах ведущих шестерен этой тихоходной ступени (рис. 2.1.6).
Реактивный момент редукторов воспринимают удерживающие устройства с упругими элементами (рис. 2.1.6, а) или жесткие удерживающие устройства (рис. 2.1.6, б). Недостаток схемы уравновешивания реактивного момента упругим устройством - возникновение значительной радиальной нагрузки, которая передается на консольную часть цапфы, уве
92
Глава 2 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
личивая, тем самым изгибающие напряжения. Этого недостатка лишена конструкция с жестким удерживающим устройством, в которой нагрузки, возникающие в тягах, равны между собой, направлены в противоположные стороны и уравновешивают друг друга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Баптизманский В. М. Механизм и кинетика процессов в конвертерной ванне. М.: Металлургиздат, 1960.
2.	Баптизманский В. М. Теория кисло-родно-конвертерного процесса. М.: Металлургия.
3.	Баптизманский В. М., Щедрин Г. А. Определение размеров конвертерной ванны // Металлургическая и горнорудная промышленность, 1972. № 4.
4.	Конвертерные процессы производства стали / В. М. Лапицкий и др. М.: Металлургия, 1970.
5.	Освоение комбинированного конвертерного процесса / В. В. Смоктий, Р. С. Айзату-лов, Э. С. Белокуров и др. // Черная металлургия: Экспресс-информация. Вып. 8. М.: Черметинформация, 1987.
6.	Проектирование кислородных конвертеров / В. Б. Охотский, Ю. С. Кривченко, К. С. Просвирин, А. И. Майоров // Сталь, 1983. № 4.
7.	Труды первого конгресса сталеплавильщиков. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 12 -15 октября 1993. 320 с.
8.	Установки для производства металлов. Симпозиум. Маннесманн-Демаг. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1982.
9.	Фридль Е., Шмидт Г. Определение размеров кислородных конвертеров // Черная металлургия: Экспресс-информация. М.: ВИНИТИ, 1973. № 17.
Глава 2.2
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
2.2.1.	ПОДАЧА СКРАПА
Цикл конвертерной плавки включает операции по завалке лома, заливке чугуна, продувки чугуна кислородом, слива шлака и стали. Кроме того, во время цикла замеряют температуру металла и отбирают пробу для химического анализа, в процессе продувки в конвертер загружают шлакообразующие материалы, а при сливе стали ее легируют и раскисляют [1 - 3].
Совки для скрапа. В шихте одной конвертерной плавки обычно содержится 20 - 25 % скрапа (при комбинированной продувке -до 40 %), подготовку которого осуществляют в
скрапном пролете, где скрап сортируют, пакетируют (или дробят) и заполняют совки для передачи в конвертерный пролет цеха. Вместимость загрузочных совков выбирают из условия завалки порции скрапа не более чем за два приема.
Способ передачи груженых совков со скрапом зависит от конкретных условий. На некоторых заводах их перевозят на тележках тепловозом непосредственно в завалочный пролет. Здесь совки снимают с тележек либо заливочным краном, либо специализированной машиной и скрап загружают в конвертер.
Использование для завалки цехового крана позволяет сократить капитальные затраты при строительстве цеха. Число основных завалочных средств - кранов - не увеличивается, повышается лишь их загруженность. Недостаток такой завалки - заметное увеличение времени завалки при расходе на плавку более двух совков скрапа. Поэтому чаще всего применяют специализированные завалочные машины.
В современных цехах совки со скрапом подают самоходными тележками - скраповоза-ми - по путям на рабочей площадке непосредственно в завалочный пролет цеха.
На рис. 2.2.1 приведен скраповоз грузоподъемностью 350 т с боковым габаритом 7510 мм для перевозки одновременно двух совков вместимостью по 50 м3. Сварная рама 2 с упором 1 и крюком 14 опирается на четыре балансира 12 с двумя ходовыми колесами 11. Приводными являются два колеса - по одному на каждом балансире 12. Токоведущие троллеи 15 расположены под рабочей площадкой. Токосъемники 10 смонтированы на тележке 9 с колесами 6-8, которая перемещается бугелем 5, закрепленным на раме сталевоза. Щель троллейного тоннеля может быть перекрыта металлической лентой 4, для укладки которой скраповоз оборудован специальным устройством - лентоукладчиком 3. Четыре стационарных скребка 13 (по два с каждого торца скра-повоза) предназначены для очистки рельсов от мусора. При отказе электропривода возможно перемещение скраповоза лебедками.
Съем совков со скрапом и завалка осуществляется полу портальной машиной.
На рис. 2.2.2 приведена машина для двух совков, оборудованная двумя грузоподъемными механизмами, каждый из которых состоит из двух лебедок и траверсы. Лебедки перемещаются по мосту машины в направлении к горловине конвертера, а сама машина - по рельсовым путям вдоль фронта конвертеров. При одновременной работе обеих лебедок осуществляется подъем совка на необходимую высоту, а при остановке передней и включении задней лебедок - наклон совка при загрузке.
ПОДАЧА СКРАПА
93
Рис. 2.2.1. Самоходный скраповоз грузоподъемностью 350 т
Рис. 2.2.2. Завалочная машина для двух совков:
1 - мост; 2 - лестницы; 3 - кондиционер; 4 - кабина крановщика; 5 - полиспасты; 6 и 8 - ограждения; 7и 12 - приводные и неприводные колеса тележки; 9 - тормоз привода перемещения моста;
11 - трехступенчатый вертикальный редуктор; 13 - промежуточный вал; 14 - балансир;
15 - приводное колесо моста; 16 - тормоз; 17 - направляющие мульд; 18 - траверса
94
Глава 2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
2.2.2.	ЗАЛИВКА ЧУГУНА
Жидкий чугун составляет значительную часть в общем объеме транспортных перевозок в сталеплавильном производстве. Большой процент массы чугуна в завалке конвертеров, требования к повышению качества чугуна и снижению колебаний его химического состава, к сохранению температуры, внедрению автоматических систем управления металлургическим процессом требуют выбора оптимальных схем транспортирования и хранения жидкого чугуна, что, в свою очередь, оказывает существенное влияние как на капитальные затраты при строительстве, так и на эксплуатационные расходы.
Технологические схемы хранения и доставки расплавленного чугуна к сталеплавильным агрегатам, наиболее известные в мировой практике:
1	- использование чугуновозов с открытыми ковшами небольшой вместимости для доставки чугуна от доменного цеха к стационарным миксерам, где осуществляется его хранение, и от миксеров - в разливочных ковшах в сталеплавильный цех;
2	- применение передвижных миксеров для транспортирования жидкого чугуна непосредственно в сталеплавильный цех с последующим переливом в заливочный ковш;
малоприменяемые технологические схемы:
3	- совместное применение передвижных миксеров для транспортировки чугуна и стационарных миксеров для его хранения; использование комбинированной схемы может быть обусловлено необходимостью накопления жидкого чугуна при различных режимах работы конвертерного цеха и доменных печей, а также внедрением передвижных миксеров на боЛее поздних этапах развития предприятия;
4	- транспортировка чугуна от доменной печи сразу в загрузочный пролет конвертерного цеха непосредственно в заливочных ковшах, установленных на чугуновозах; такая схема требует высокого уровня автоматического управления процессом плавки, ритмичной и бесперебойной работы доменного и конвертерного цехов с целью максимального сокращения времени хранения чугуна в ковшах и четкой системы централизованного диспетчерского управления.
По 1-й схеме чугун из домны сливают в открытые ковши вместимостью 70 - 140 т, число которых обычно 3-6. Заполняют их металлом поочередно с помощью системы стационарных и перекидных (или качающихся) желобов доменной печи. Далее из чугуновозов формируют состав и локомотивом его подают в миксерное отделение, где ковши поочередно снимают с лафетов кранами и переливают чугун в стационарный миксер. По мере необходимости из миксера наполняют заливочные ковши, транспортируемые самоходным чугуновозом в завалочный пролет сталеплавильного цеха, где с помощью заливочного крана чугун сливают в конвертер.
По 2-й схеме выпуск доменной печи сливают в передвижной миксер. После наполнения миксер локомотивом транспортируют в отделение перелива сталеплавильного цеха, где чугун переливают в заливочные ковши.
Стационарные миксеры. В настоящее время применяют стационарные миксеры вместимостью 600 - 2500 т.
Конструкции миксеров мало чем отличаются друг от друга. На рис. 2.2.3 приведен миксер вместимостью 1300 т, предназначенный для эксплуатации в цехах средней производительности. Корпус 1, изготовленный из стального листа клепкой или сваркой, имеет опорные бандажи, а также заливочное окно с крышкой 2 и сливной носок с крышкой 7, закрытые заслонками. Корпус опирается на две роликовые обоймы 8, расположенные в опорах 9 сварной конструкции. Эксцентричное расположение бандажей относительно оси корпуса обеспечивает его возврат из промежуточных положений в исходное при поломке механизмов привода 5 наклона корпуса или отключении электроэнергии.
Электромеханический механизм наклона состоит из электродвигателей, тормозов, редукторов и реечного механизма в виде зубчатого сектора. Предусмотрено ручное управление тормозами 4 привода для возврата корпуса при обесточивании привода.
С целью компенсации потерь температуры при длительном хранении чугуна осуществляют его подогрев газовыми горелками 3 и. 6.
Для визуального контроля за состоянием огнеупорной футеровки в торцевых стенках корпуса имеются смотровые окна.
Технические характеристики стационарных миксеров приведены в табл. 2.2.1.
ЗАЛИВКА ЧУГУНА
95
Рис. 2.2.3. Стационарный миксер грузоподъемностью 1300 т
2.2.1. Технические характеристики стационарных миксеров
Параметр	Вместимость миксера, т		
	600	1300	2500
Угол поворота корпуса, °: эксплуатационный	25	30	30
при полном опорожнении	47	45	48
Глубина ванны, мм	3540	4430	5380
Температура чугуна, °C		1320	
Топливо	Коксовый или природный газ		
Мощность привода, кВт: поворота корпуса	2 х 33	2 х 55	2 х 110
открывания крышки заливочного отверстия		4,5	
открывания крышки сливного носка		1,4	
Габаритные размеры миксера, мм: общая длина	13 500	16 000	18 300
ширина	9300	12 712	15 300
высота	10 900	12 712	16 400
наружный диаметр корпуса	6300	7640	9400
длина по торцевым крышкам	8270	10 700	14 700
Масса конструкции без футеровки, т: клепаной	189	325	966
сварной	-	306 •	-
96
Глава 2 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
1 - двенадцатиосная тележка, 2 - торцовая крышка, 3 - бандаж; 4 - горловина, 5 - кабина привода. 6 - автосцепка
Передвижные миксеры. Увеличение вместимости доменных печей и сталеплавильных агрегатов, широкое внедрение автоматизации технологических процессов и снижение колебаний химического состава жидкого чугуна привели к тому, что стационарные миксеры утратили роль усреднителя химического состава и буфера между доменным и сталеплавильным цехами. Этим объясняется широкое внедрение в практику металлургического производства передвижных миксеров вместимостью 100 - 600 т. Большегрузные миксеры (более 200 т) применяют только для внутризаводских перевозок чугуна. С помощью миксеров вместимостью до 200 т можно организовать перевозку чугуна между двумя соседними заводами на расстояние в несколько десятков километров.
Конструкции существующих миксеров можно разделить на две группы: с сигарообразным корпусом, имеющим на торцах цапфы для опорных подшипников, и с цилиндрическим корпусом, опирающимся на бандажи. Примером миксеров первой группы Moiyr служить созданные в России передвижные миксеры вместимостью 420 т для внутризаводских перевозок и вместимостью 150 т для перевозок по магистральным железнодорожным путям. Большегрузный миксер с цилиндрическим корпусом вместимостью 600 т (рис. 2.2.4) имеет наружный диаметр опорных бандажей 3500 мм.
Общие требования к конструкции миксеров - снижение нагрузок
на колесные пары, погонной нагрузки и горизонтальных нагрузок на рельсы при вписывании в кривые участки пути. Единственная возможность снизить нагрузки на колесные пары заключается в увеличении числа осей. Например, 600-тонный миксер имеет двадцать осей. Тележки 2- и 3-осные объединяют в 6-осные, из которых затем составляют две 12-осные. Все тележки соединены с балками сферическими подпятниками, что обеспечивает минимальные воздействия на рельсы при вписывании в кривые участки пути.
Особое значение погонная нагрузка имеет для миксеров, эксплуатируемых на железных дорогах общего пользования. Эта нагрузка не должна превышать 0,11 МН/м, поэтому приходится увеличивать базу миксера. Например, рабочий объем 150-тонного миксера расположен лишь в средней части корпуса, а приваркой к его торцам конических обечаек достигается необходимое значение погонной нагрузки.
Другая особенность эксплуатации этих миксеров заключается в том, что к перевозкам по магистральным дорогам не допускаются грузы, имеющие температуру наружной поверхности более 100 °C. поэтому корпус снабжают защитным экраном. Благодаря зазору между ним и корпусом температура экрана составляет 40 - 60 °C (при температуре на корпусе 200 - 210 °C).
Технические характеристики передвижных миксеров приведены в табл. 2.2.2.
2.2.2. Технические характеристики передвижных миксеров
Параметр	Типоразмер миксера		
	МП-150	МП-420	МП-600
Вместимость миксера, т	150	420	600
Наибольшая скорость передвижения, км/ч	35	К	
Наибольшая нагрузка на путь, кН/м	108.5	262	315
ПОДАЧА ДУТЬЯ В КОНВЕРТЕР
97
Продолжение табл. 2.2.2
Параметр	Типоразмер миксера		
	МП-150	МП-420	МП-600
Наибольшая нагрузка на ось, кН	225	560	
Скорость поворота корпуса при сливе, мин*1		0,02 - 0,5	
Угол поворота, °:			
для полного слива	±105		±95
наибольший		±180	
Мощность привода, кВт	2 х 8,5	|	4 х	8,5
Число тормозных осей			16
Наружный диаметр корпуса, мм	3080	3680	3300
База миксера, мм	17 700	20 000	19 000
Габаритные размеры, мм:			
длина по осям автосцепок	32 580	31 860	39 560
ширина	3520	3700	3500
высота от уровня головки рельсов	4655 с учетом	4500	4700
	крышки		
Наименьший радиус кривой железнодорож-			
ного пути, м		120	
Уклон путей, %о	10 1	4 1	10
Колея, мм		1520	
2.2.3. ПОДАЧА ДУТЬЯ В КОНВЕРТЕР
Машины подачи дутья сверху. За время развития конвертерного способа производства стали конструкция машин для подачи кислорода сверху претерпела значительные изменения. Однако общим требованием к машинам является наличие двух независимых фурм. При выходе из строя одной из фурм ее можно заменить на другую без значительной потери времени, что очень важно в условиях быстротечного кислородно-конвертерного процесса, так как сокращает длительность вспомогательных операций.
Кислородные струи формируются головкой фурмы, которую изготовляют из меди и крепят на нижнем торце водоохлаждаемого корпуса. Надежность и срок службы фурмы определяется качеством изготовления и конструкцией каналов охлаждения ее головки, которая находится вблизи реакционной зоны с температурой 2100 - 2700 °C, и подвергается воздействию больших тепловых нагрузок, всплесков расплавленного металла, окисленного шлака, механических и термических нагрузок реакций истекающих струй [4, 5].
Более перспективны многосопловые головки фурм (рис. 2.2.5). Для конвертеров вмести-
Рис. 2.2.5. Многосопловая головка кислородной фурмы
мостью 100 - 160 т в головках четыре - пять сопел, для конвертеров большой вместимости -шесть - семь. Сварные головки сложнее по конструкции и более трудоемки в изготовлении, однако применение таких головок позволяет снизить расход меди.
На рис. 2.2.6 показана машина подачи кислорода в конвертер вместимостью 130 т. Две вертикальных направляющих для кареток с фурмами 9 закреплены на платформе и перемещаются при замене фурмы вместе с ней в горизонтальном направ-
4 Зак I0S
98
Глава 2.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
Рис. 2.2.6. Машина подачи кислорода в конвертер вместимостью 130 т:
1 - гибкий шланг; 2 - патрубок фурмы; 3 - привод перемещения фурмы; 4 - платформа; 5 - привод передвижения платформы; 6 - направляющая; 7- металлоконструкция цеха;
8 - стенд для запасных фурм; 9 - фурма
лении от винтового или реечного привода. Каретка с фурмой перемещается либо канатным приводом от лебедки либо цепным. Появляется возможность уравновесить фурму контргрузом, обеспечить ее извлечение из конвертера при отказе электропривода и снизить его мощность.
Торкретирование футеровки. Вместо одной из кислородных фурм иногда устанавливают фурму для торкретирования футеровки конвертера.
Технологический процесс осуществляют по такой схеме. В начале кампании, когда необходимость в ремонте футеровки торкретированием отсутствует, устанавливают две кислородных фурмы и работают в обычном режиме с рабочей и резервной фурмами. В конце кампании, когда футеровка изношена, одну из кислородных фурм заменяют на торкрет-фурму. Хотя в этом случае и возможны потери
времени при замене вышедшей из строя кислородной фурмы, но они компенсируются увеличением продолжительности эксплуатации конвертера. Кроме того, стойкость медных наконечников кислородных фурм в настоящее время достаточно велика и поэтому риск потери производства минимален.
Конвертеры донного дутья. Для процессов донного дутья - продувки кислородом в струе защитного газа, инертными газами, газопорошковыми смесями - разработаны конструкции трактов подачи дутья через одну или обе цапфы конвертера с размещением фурм на днище или на стенках корпуса ниже уровня спокойной ванны. Донные фурмы представляют собой конструкцию типа "труба в трубе". По центральной трубе подают реакционный газ (кислород) или газопорошковую смесь, а по кольцевой щели между внутренней и наружной трубой - защитный газ или топливо.
СЛИВ СТАЛИ И ШЛАКА
99
+6350 Кобш стилерамибочный '	385т
Рис. 2.2.7. Сталевоз для ковша вместимостью 385 т
2.2.4. СЛИВ СТАЛИ И ШЛАКА
Устройства для контроля температуры и химического состава металла. В процессе продувки чугуна кислородом контролируют температуру металла термопарами погружения, а также отбирают пробу для проведения химического анализа. Эти операции практически повсеместно осуществляют вручную при наклоне конвертера в сторону разливочного пролета и, как правило, совмещают с процессом промежуточного слива шлака (особенно при обработке высокофосфористых чугунов).
Сгалевозы. По окончании плавки жидкую сталь сливают в сталеразливочный ковш, установленный на сталевозе. Сгалевозы обеспечивают маневрирование под конвертером при выпуске стали, передачу заполненных ковшей в разливочный пролет или в отделение непрерывного литья стали. Кроме того, стале-возами проводят ряд вспомогательных операций, таких как чистка путей от мусора, транспортировка домкратных тележек при ремонтах и шлаковозов и т.д.
На некоторых заводах сгалевозы применяют для перемещения ковшей на агрегаты внепечной обработки. В этом случае их снабжают тензодатчиками для определения массы металла в ковше.
Параметры сталевозов зависят от вместимости конвертера, а их конструктивные особенности - от планировочных решений сталеплавильного цеха.
В качестве примера на рис. 2.2.7 показан сталевоз для ковша вместимостью 385 т. Сварная рама 1 сталевоза установлена на двух тележках 2 с четырьмя ходовыми колесами, два из которых являются приводными. Электромеханический привод состоит из вертикальных редукторов, электродвигателей, тормоза и трансмиссии для передачи вращающего момента от электродвигателя к ходовым колесам. Подвод электропитания к двигателям 4 осуществляется токосъемником 3, при этом троллеи располагают ниже нулевой отметки цеха в специальном тоннеле.
В табл. 2.2.3 приведены технические характеристики сталевозов, применяющихся на металлургических заводах России.
Слив шлака. Выпуск стали прекращают при появлении в летке конвертера шлака, при этом корпус конвертера поворачивают в сторону, противоположную расположению летки, и слив шлака осуществляют через горловину.
В зависимости от химического состава шихты количество шлака в плавке составляет 10 - 15 % массы плавки. Шлак сливают в шла-ковни и шлаковозами перевозят их либо непосредственно в шлаковый отвал, либо на специ-
4*
100
Глава 2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
2.2.3.	Технические характеристики сталевозов, применяемых на металлургических заводах России
Параметр	Типоразмер сталевоза						
	СС-130-3000	СС-130-3600	СС-160-3600	СС160-4800	СС-150-4358	СС-320-4350	СС-385- 4800
Грузоподъемность, т	180		225	250	320	450	500
Скорость передвижения, км/ч	3 - 4	3,55	2,9	1,84	3,82	2,3 - 4	3
Мощность привода, кВт,	26 х 2	13 х 2	47 х 2	95 х 2	32 х 2	22 х 2	26 х 2
База, мм	6900	7300	7400	7500	6720	6500	6600
Ширина колеи, мм	3000	3600		4800	4350		4800
Клиренс, мм: по сталевозу	105	90	80	90	85	105	85
по ковшу	215	200	395	50	480	270	150
Габаритные размеры, мм: длина	10 970	10 920	12 470	8940	12 660	13 380	12 680
ширина (без токоприемника)	3880	4380	4990	5580	5750	6920	5600
высота	2040	1900	2450	2600	2500	3370	2900
Масса, т	38,4	51,5	50	49,5	65,3	84,09	77,15
ально выделенный участок цеха, где шлаковни переставляют на несамоходные шлаковозы и транспортируют в отвал.
Шлаковни представляют собой емкости, отлитые из жаропрочного чугуна, со стенками конической формы, а днище выполняют сферическим. С целью надежного удаления шлака из емкости, ее внутреннюю поверхность перед заполнением покрывают специальными составами.
В зависимости от вместимости конвертера на шлаковозы устанавливают одну или две шлаковни объемом 11 - 30 м3. В некоторых случаях на них предусматривают места для коробов, в которые собирают мусор из-под конвертера, а также бой огнеупорных материалов после ремонта футеровки конвертера.
Шлаковозы могут был» как самоходными, так и несамоходными. Во втором случае их транспортировка под конвертер осуществляется, как правило, сталевозами. На рис. 2.2.8
приведен самоходный шлаковоз для шлаковни объемом 16 м3. Он состоит из сварной рамы, опирающейся на четыре приводных колеса, двух приводов передвижения, токоприемника, автосцепки и скребков для очистки путей от мусора. Приводы передвижения и автосцепки защищены съемными плитами. Токопроводящие шины размещены в троллейном тоннеле ниже уровня пола цеха. Щель тоннеля перекрывают металлической лентой от попадания в него мусора.
Конструктивные особенности шлаковозов определяются не только объемом шлаковни, но и их функциональными возможностями. Так, например, на шлаковозе ШС-320-4350 предусмотрена установка двух шлаковен (объемом 16 м3) и двух коробов для сбора мусора при ремонте конвертера.
В табл. 2.2.4 приведены технические характеристики шлаковозов.
СЛИВ СТАЛИ И ШЛАКА
101
Рис. 2.2.8. Самоходный шлаковоз для шлаковни объемом 16 м3:
1 - рама; 2 - козырек для защиты автосцепки; 3 - стационарный скребок для очистки рельсов, 4 - бугель; 5 - скребок для сбора выбросов; 6 - привод передвижения; 7 - токоприемник;
8 - съемный кожух
2.2.4. Технические характеристики шлаковозов
Параметр	Типоразмер шлаковоза			
	ШС-100-3000	ШС-220-4800	ШС-320-4350*	ШС-320-4800*
Грузоподъемность, т	100	220	320	
Скорость передвижения, км/ч	3,96	1		3,82
102
Глава 2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
Продолжение табл. 2.2.4
Параметр	Типоразмер шлаковоза			
	ШС-100-3000	ШС-220-4800	ШС-320-4350*	ШС-320-4800*
База, мм	4500	7200	6890	
Колея, мм	3000	4800	4350	4800
Мощность привода передвижения, кВт	22 х 1	26 х 2	32 х 1	26 х 1
Габаритные размеры, мм:				
длина	9030	12 780	13 770	
ширина (без токосъемника)	4100	5600	6105	I 6515
высота	2520	2200	2380	
Масса, т	27,3	65,3	85,3 J	1	91,6
* Предусмотрена установка коробов для сбора выбросов у конвертера и боя кирпича при ремонте футеровки.
2.2.5. МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ И МОНТАЖНЫХ РАБОТ
Виды ремонтных работ. Производительность конвертерного цеха в целом и каждого агрегата в отдельности в значительной степени зависит от степени механизации ремонтных работ. Наиболее трудоемкими являются работы по замене изношенной футеровки и обслуживание механического оборудования (привода наклона, опорных подшипников) конвертера. Во время процесса плавки футеровка подвергается одновременно химическому, термическому и механическому воздействиям. Масса футеровки в большегрузных конвертерах достигает 500 - 600 т, а ее замена продолжается 4-5 сут., что приводит к значительным потерям в производстве. Возможны три способа снижения длительности ремонтов - повышение качества огнеупоров и огнеупорных работ, а также степени их механизации.
Способ замены изношенной футеровки зависит от конструкции корпуса, который может быть выполнен с приваренным или отъемным днищем. Конвертеры
большой вместимости, как правило, имеют приваренное днище, так как в этом случае увеличивается жесткость корпуса и снижается, опасность прорыва жидкого металла в стыке днища с корпусом. Вместе с тем ремонт конвертеров с отъемным днищем имеет преимущество, заключающееся в сокращении времени работ, так как футеровку корпуса можно обрушать с двух сторон, а ремонт днища проводить на отдельном стенде одновременно с корпусом.
Машины д ля обрушивания футеровки. Для ломки футеровки широко применяют специализированные машины, оборудованные набором сменного инструмента. Одна из модификаций таких машин, предназначенная для обрушения кирпичной кладки глуходонных большегрузных конвертеров, приведена на рис. 2.2.9.
Ходовая часть 7 машины выполнена на гусеничном ходу. На поворотной платформе смонтирована кабина 3, гидроцилиндр 4 наклона стрелы, электро- и гидропривод 5 с защитным кожухом 6. Пневмомолот 1 установлен на поворотном кронштейне выдвижной
Рис. 2.2.9. Машина ломки футеровки конвертеров
МАШИНЫ ДЛЯ РЕМОНТНЫХ И МОНТАЖНЫХ РАБОТ
103
части стрелы 2. Возможность изменения в широких пределах вылета стрелы и угла наклона пневмомолота по отношению к поверхности футеровки, а также высокая маневренность самой машины на рабочей площадке цеха позволяют обрабатывать любые участки стен и днища конвертера.
Футеровку конвертеров ремонтируют на месте его установки. Исключение составляют конвертеры небольшой вместимости (50-75 т). Их демонтируют и переносят на специализированный стенд.
Домкратные тележки. Для съема и установки днищ, а также их транспортировки на ремонтный участок применяют специализированные домкратные тележки. Передвижение тележки под конвертером осуществляет самоходный стадевоз, а установку на пути - мостовой кран.
В табл. 2.2.5 приведены технические характеристики некоторых домкратных тележек.
Телескопические подъемники, устанавливаемые на путях сталевоза, применяют для кладки футеровки корпуса конвертера с отъемным днищем. С их помощью ведет футеровочные работы по всему внутреннему объему конвертера, имеющего сложную геометрическую форму.
На рельсовый путь подъемник устанавливают краном и перемещают под конвертер самоходным сталевозом. Механизмы подъем
ника размещены на сварной раме, опирающейся на четыре ходовых колеса. Телескопический цилиндр имеет четыре выдвижные секции, на последней из которых закреплена рабочая площадка. Откидные козырьки площадки позволяют изменять габарит площадки, уменьшая его при работе в районе горловины или увеличивая при кладке футеровки в цилиндрической части корпуса.
Контейнеры с огнеупорными материалами подают на рабочую площадку люлькой с канатным приводом, размещенным на раме подъемника. Обводные блоки установлены на портале рабочей площадки. В рабочем положении подъемник фиксируется на рельсах четырьмя винтовыми упорами.
В табл. 2.2.6 приведен типоразмерный ряд телескопических подъемников для конвертеров вместимостью 60 - 370 т.
Машины дм ремонта футеровки глуходонных конвертеров размещают над горловиной конвертера. Они перемещаются по путям, расположенным на продольных балках цеха. Две рабочих площадки (верхняя и нижняя) подвешены на канатах и имеют телескопические направляющие, препятствующие чрезмерному раскачиванию при проведении ремонтных работ. С верхней площадки проводят кладку футеровки горловины конвертора, а с нижней - цилиндрической части. Для увеличения диаметра площадки снабжены откидными козырьками.
2.2.5. Технические характеристики домкратных тележек
Параметр	Тип домкратной тележки		
	ДТ 350/3600	ДТ 350/4800	ДТ 500/2500
Сила прижима днища, МН	3,75		5
Максимальный ход стола, мм	1350	2100	1750
Угол поворота стола, °	±2		±4
Скорость подъема стола, м/мин	0,31		0,29
Диаметр плунжера, мм		800	
Давление в гидросистеме, МПа	7,5		10,0
Колея, мм	3600	4800	2500
База тележки, мм	4500	4800	3600
Габаритные размеры, мм			
длина	8425	10 000	8200
ширина	6800	10 000	6800
высота в нерабочем положении	5250	6500	4450
Масса, т	39,4	112	68,46
104
Глава 2.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОНВЕРТЕРНОГО ЦЕХА
2.2.6. Технические характеристики телескопических подъемников для конвертеров
Вместимость конвертера	Грузоподъемность рабочей площадки	Грузоподъемность люльки	Размер поддона с огнеупорами	Диаметр площадки*	Колея	Ход телескопического гидроцилиндра	Масса подъемника
т			м				т
60	50	20	1 X 1,1	2,8 / 3,5	3	6,4	26,1
130			1,1 X 1,2	3,5 / 4,5	3,6	7,5	32,0
160				4,16/5,25		8,1	42,8
220		30	1,2 х 1,3	4,32 / 6,4	4,35	10,65	68,2
350	100	50		4,9 / 6,8	4,8	11,5	91,8
370	50	30		4,9 / 7,2	4,8	12	50,0
* В числителе дроби - диаметр верхней площадки, в знаменателе - нижней.
Рис. 2.2.10. Устройство для ремонта конвертеров
Подача огнеупорных материалов осуществляется подъемной платформой с канатным приводом. Для управления механизмами машины предусмотрены два пульта управления, расположенные на мосту машины и на верхней рабочей площадке.
Машина для ремонта механического оборудования конвертера (привода, опорных подшипников, корпуса и т.д.) в период эксплуатации приведена на рис. 2.2.10. Грузоподъемность таких машин рассчитана на подъем кон
вертера с футеровкой и жидким металлом. Кроме того, с их помощью можно вести монтажные работы при полной замене конвертера или отдельных его узлов (например, корпуса или опорного кольца). Для этой цели они снабжены гидродомкратами 6 и колоннами 3 и 4, которые смонтированы на опорных тележках 7, соединенных тягами 2.
Для упрощения работ при установке машины no^i конвертер и сокращения ее габаритных размеров при хранении колонны смо
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
105
гут быть приведены в наклонное положение с помощью гидроцилиндров 5 от гидропривода 8. В рабочем положении их крепят болтами к рамам тележек. Транспортировку машины под конвертер осуществляют сталевозом.
Управление машиной осуществляется с пульта 7.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х т. Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, А. А. Королев. М.: Металлургия, 1987. 321 с.
2.	Опыт применения различных вариантов комбинированной продувки в конвертерах:
Обзорная информация // Сер. Сталеплавильное производство. Вып. 2. М.: ЦНИИТЭИЧМ, 1987.
3.	Разработка и исследования фирм Японии по дожиганию окиси углерода в конвертерах // Сер. Производство стали и ферросплавов, огнеупорное производство и подготовка лома черных металлов. Вып. 4. М.: Черметин-формация, 1987.
4.	Труды первого конгресса сталеплавильщиков (12 - 15 октября 1993). М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 320 с.
5.	Установки для производства металлов: Симпозиум "Маннесманн-Демаг". М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1982.
Раздел 3
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Глава XI
СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
Преимущества внепечной обработан стали. Внепечная обработка жидкой стали - неотъемлемая часть технологического процесса производства металла. Ее применение позволяет:
сократить продолжительность плавки в плавильном агрегате, ограничив ее временем расплавления шихты и получением полупродукта;
уменьшить расход огнеупорных материалов, электродов, электроэнергии;
улучшишь организацию технологических процессов, используя агрегаты внепечной обработки в качестве "буфера" между печными агрегатами и разливкой металла.
Проведение доводочных операций плавки вне плавильной печи обеспечивает оптимальные условия разливки по температурному режиму и повышению жидкотекучести металла; снижает процент брака из-за отклонений от заданного химического состава и содержание неметаллических включений в слитке; позволяет выплавлять металл с достаточно низким содержанием серы, фосфора и углерода.
В процессе внепечной обработки могут быть решены разнообразные технологические задачи. Их примерный перечень и способы реализации приведены в табл. 3.1.1. При этом в зависимости от конкретных условий процесса в различных сочетаниях проводят операции по контролю температуры металла и его химического состава, удалению шлака, подаче теплоизолирующих смесей и т.д.
Классификация способов внепечной обработки. Некоторые из технологических процессов внепечной обработки с обозначениями, употребляемыми в зарубежной литературе, приведены на рис. 3.1.1 [1]. Среди них можно выделить три основных группы процессов:
обработка стали в ковше без применения нагрева и вакуума (главным образом, инжекционные способы);
вакуумирование стали;
обработки с применением нагрева.
Инжекционные способы различаются: способом подачи дутья - через погружную или непогружную верхнюю фурму, через донную фурму или пористую пробку;
видом инжектируемого газа или смеси -нейтральный газ, реакционный газ (кислород), смесь нейтрального газа и порошкообразных материалов;
наличием и выполнением устройства, изолирующего поверхность расплава.
Внепечной обработке может подвергаться (как в вакууме, так и в атмосфере):
весь металл - в ковше, конвертере или промежуточной емкости;
отдельные его порции - в вакууматоре;
струя металла - при выпуске из плавильного агрегата, переливе из ковша в ковш или разливке.
Наиболее широкими технологическими возможностями обладают агрегаты внепечной обработки стали в ковше, в которых можно осуществить несколько технологических операций. Однако, реализация в одном агрегате всех возможных операций приводит к усложнению его конструкции, и как следствие, -росту стоимости оборудования.
Обработки металла отдельными порциями в специальных реакторах дает возможность выполнять большинство известных технологических операций при несколько меньшей стоимости оборудования.
Наиболее просты и дешевы агрегаты для обработки металла в струе. Однако из-за высокой степени интенсивности процесса возможности контроля, регулирования и набор операций ограничены.
Выбор агрегата внепечной обработки стали. Из широкого спектра известных типов агрегатов наиболее часто используют агрегаты для продувки металла в ковше аргоном (AS) и порошкообразными реагентами через верхнюю фурму (TN), для периодического (RH, DH), ковшевого (VD) и окислительного вакуумирования в ковше (VOD), а также вакуумирования с нагревом (VAD, ASEA - SKF) и агрегаты "печь-ковш" [6, 8, 10].
Конкретный выбор одного или нескольких способов внепечной обработки и их сочетания с плавильными агрегатами осуществляют с учетом сортамента обрабатываемой стали, требований к качеству готовой продукции, наличия производственной площади, финансовых возможностей и т.д. Например, применение ковшовых агрегатов наиболее рационально
3.1.1. Технологические задачи и операции, выполняемые для их решения при виепечиой обработке стали
Технологическая задача	Выполняемые технологические операции												
	Продувка металла инертным газом чере: фурму или пористую пробку	Обработка синтетическим шлаком	Создание над расплавом инертной среды	Подача раскислителей	Подача легирующих -	Вакуумирование	Электромагнитное перемешивание	Ввод порошковой проволоки	Нагрев металла	Охлаждение металла	Продувка металла реакционным газом	Продувка металла порошковыми реагентами в струе инертного газа	Подача шлако-образующих материалов
Снижение содержания серы и фосфора		+						+				+	+
Снижение содержания в металле	газов (водорода, кислорода, азота)	+		+	+		+							
Легирование и корректировка химического состава					+			+					
Усреднение химического состава и выравнивание температуры по объему ковша	+						+					+	
Корректировка температуры									+	+			
Снижение содержания неметаллических включений	+					+		+					
Обезуглероживание						+					+		
3
108
Глава 3.1. СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ
ofidwa д
нзпнод -odnufifivog g
unnogod
-nnfifiuog cog
anHogodmMiog аоннгашпизпао
govmodou nanhyawun g
nvovogodu nogoxmodou я upon g родg
amgou g UiHogodnufifiuog
anuogodnw -fifiuog аонно -nfiuvnudnOatj
amgou дон natoowruaudi a HOHoadp ougfipo
ноуоиоом hhn -doufiauao pou yoHoado nxgfipodu
gadaDH пнннопЪнбрни
nHDHvadoa nHHHQodovonx ognvuoj. gadaoH
HOHOdUlOHCOVU дайгон
хорнза-Э xMHcnd он anuogodnH -dduog ngadaoH
gadaoH nogoafiy
DUOLU оаоннкоыэои апэи-тдод
^онод-ноиипн* 333"nodu) дон ou n о ног do напнодбрд g
DHOUi oaoHuawadau чьзи- mgoy
autoaadan номро g anHogodnud -fiuog n gadaog
atgoxgomgox cn agnvadau ndg
uh пн woven д aawnv ndu
govmodou nantiuawun j
aouHontHfidhidn}
Hogodovanu nougfipodu g
I
3OHHon"ndou
find/ub wfiHwfidaou cada/f
odogwoc oaoHdagnm гомон cadah
Hopodovonu nougdpodu j
hohozc/q
novgfipodu g
govmodou nanhuawnn g
Hopodovanu Dugfipodu voHwauimranuo		ошошан tuOHxdagou пц
amgou Howndviuog quoad о oagfipodg
nownndv дои
оеоошан iHagodfi дои
HOMDUVOX HHHdoufiauao ffOU
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВАКУУМАТОРАХ
109
в элекгросталеплавильных цехах, где особо высоки требования к качеству продукции и значителен запас времени для осуществления разнообразных операций.
В кислородно-конвертерных цехах с конвертерами большой вместимости целесообразно использование высокопроизводительных порционных и циркуляционных вакууматоров, соответствующих по своим технологическим возможностям обычному сортаменту конвертерных сталей, а по продолжительности процесса - циклу конвертерной плавки.
Наблюдается тенденция к объединению агрегатов для выплавки, внепечной обработки и разливки стали в единую технологическую цепочку. Примером может служить разработанный в Японии процесс ELVAC (дуговая сталеплавильная печь + циркуляционный ва-кууматор + агрегат "печь-ковш" + МНЛЗ).
Глава 3.2
ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
3.2.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВАКУУМАТОРАХ
Порционные и циркуляционные вакуу-маторы используют для дегазации металла, его раскисления, присадки легирующих элементов, удаления неметаллических включений, выравнивания температуры и химического состава по объему расплава в ковше. Кроме того, в процессе дегазации проводят обезуглероживание металла, что важно при производстве стали особонизкоуглеродистых марок, таких как коррозионно-стойкие и электротехнические [2, 6, 7].
Общая характерная особенность порционного и циркуляционного вакуумирований -обработка части металла в замкнутом объеме вакуум-камеры в течение некоторого времени с целью удаления из него растворенных газов.
Порционное вакуумирование. Сущность процесса порционного вакуумирования заключается в многократном заполнении нижней части вакуум-камеры небольшими 10 % вместимости ковша) порциями металла, короткой (до 6 с) выдержке каждой из них под разрежением и сливе обратно в ковш (рис. 3.2.1).
Порядок работы агрегата. В начале процесса патрубок погружают на глубину 300 - 600 мм для создания гидравлического затвора, полость вакуум-камеры соединяют с откачивающим оборудованием и создают разрежение около 13,3 кПа. Под действием разности давлений (атмосферного и внутри камеры) металл заполняет патрубок приблизительно до его устья, что соответствует верхней точке рабочего хода камеры. После этого, в результате вертикального перемеще-
Рис. 3.2.1. Схема процесса порционного вакуумирования: а - всасывание порции металла; б - слив металла в ковш;
1 - ковш; 2 - вакуум-камера;
3 - патрубок к вакуумному насосу
ния камеры или ковша при непрерывной откачке газов происходит дегазация одной порции металла за каждый двойной ход камеры или ковша.
На практике и в результате исследований установлено, что необходимая степень дегазации металла достигается при его 2,5 - 3,5-кратном прохождении через разреженное пространство, т.е. за 25 - 35 дв. ходов. По мере снижения газонасыщенности металла и уменьшения разрежения в камере до 27 -67 Па, скорость перемещения вакуум-камеры увеличивают с 6 - 8 (в начале процесса) до 10 - 15 м/мин (в конце), а длительность выдержки порции металла в разреженном пространстве - соответственно с 1 до 5 с. В конце процесса в течение 8-12 дв. ходов в вакуум-камеру подают раскислители и легирующие материалы, после чего осуществляют около десяти циклов качения с целью усреднения химического состава и температуры металла. Таким образом, число двойных ходов для полной обработки составляет 45 - 55, а ее длительность - 20 - 25 мин. С учетом подготовительных операций весь цикл продолжается 40 - 45 мин.
Циркуляционное вакуумирование. В отличие от порционного способа вакуумирования при циркуляционном через разреженное пространство металл проходит непрерывно [3, 5]. Циркуляция осуществляется по двум патрубкам (рис. 3.2.2) - всасывающему и сливному, погруженным в металл. Подъем его в камеру осуществляется в результате подачи во всасывающий патрубок несущего газа (эффект эрлифта).
110
Глава 3.2. ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
Рис. 3.2.2. Схема процесса циркуляционного вакуумирования:
1 - ковш; 2 и 6 - патрубки соответственно всасывающий и сливной; 3 - трубопровод подачи инертного газа; 4 - вакуум-камера;
5 - патрубок к вакуумному насосу
Диаметр Всасывающего патрубка, см I I L—.I_____I---1-----1----1 
О 20 40 80 100 150	250	400
Вместимость ковша, т
Рис. 3.2.3. Зависимость между основными параметрами циркуляционного вакуумирования: 1 - скорость циркуляции стали;
2 - расход транспортирующего газа
Параметры процесса. Один из основных технологических параметров циркуляционного вакуумирования, определяющий интенсивность процесса дегазации, - скорость циркуляции, которая зависит от диаметра патрубка, расхода транспортирующего газа и конструкции узла его ввода в металл, степени раскисления металла и некоторых других факторов. В современных агрегатах эту скорость выбирают с таким расчетом, чтобы масса обрабатываемого металла трижды проходила через вакуум-камеру в течение 10 мин. Для определения скорости, а также для расчета диаметров патрубков и расхода несущего газа в зависимости от массы плавки разработана диаграмма [1] (рис. 3.2.3).
Операции, выполняемые на циркуляционных вакууматорах (рис. 3.2.4), их последовательность и продолжительность те же, что и на порционных вакууматорах. Вместе с тем, в циркуляционных вакууматорах сочетаются такие виды обработки металла, как вакуумирование и продувка инертным газом, что способствует появлению дополнительного металлургического эффекта - удалению неметаллических включений.
Отличия агрегатов. При наличии ряда сходных черт рассматриваемые агрегаты имеют и некоторые отличия. В порционных вакууматорах масса обрабатываемого металла в вакуум-камере, а следовательно и их производительность, зависят от степени наполнения ковша, в то время как скорость циркуляции металла в вакууматорах циркуляционного типа в
Рис. 3.2.4. Циркуляционный вакууматор:
1 - сталевоз с ковшом; 2 - вакуум-камера; 3 - газоохледитель; 4 - шарнирный вакуумпровод; 5 - шлюзовое устройство; 6 - механизм подъема вакуум-камеры; 7 - тракт подачи сыпучих материалов; 8 - вакуумный пароэжекторный насос
ВАКУУМНЫЕ КАМЕРЫ
111
меньшей степени зависит от этого фактора. В то же время камера циркуляционного вакуума-тора может был» размещена внутри сталеразливочного ковша, что компенсирует колебания уровня металла в нем.
Вместе с тем, циркуляционное вакуумирование как любой непрерывный процесс отличается отсутствием холостого хода и потенциально более высокой производительностью. Важным отличием циркуляционного вакуумирования является постоянное в течение всего процесса наличие металла в камере, благодаря чему возможна продувка металла кислородом в вакууме (окислительное вакуумирование). Это дает значительный экономический эффект при производстве коррозионно-стойких хромистых сталей за счет экономии хрома.
Достоинствами порционного вакуумирования являются более интенсивное перемешивание и повышенная, по сравнению с циркуляционным процессом, стойкость футеровки.
В целом, степени дегазации и удаления неметаллических включений, а также однородность металла, достигаемые при порционном и циркуляционном способах вакуумирования приблизительно одинаковы. Оба типа вакууматоров отличаются от прочих производительностью и возможностью почти полной автоматизации управления технологическим процессом.
Сходство или совпадение элементов технологических процессов порционного и циркуляционного вакуумирования предопределяет конструктивное подобие этих агрегатов.
3.2.2.	ВАКУУМНЫЕ КАМЕРЫ
Корпус вакуум-камеры представляет собой сварную оболочку, выполненную составной из двух - трех частей. К днищу вакуум-камеры прикреплены погружные патрубки, на
которые перед каждым циклом обработки устанавливают шлакоотделители.
Вакуум-камеры порционных вакууматоров (рис. 3.2.5). Конфигурацию и размеры нижией части камеры (рис. 3.2.5, а) выбирают с учетом размещения в ней не менее 10 % массы металла в ковше, причем толщина слоя металла в камере не должна быть большой в целях наиболее полного и интенсивного вакуумирования всей порции.
Глубина погружения всасывающего патрубка должна быть такой, чтобы в нижнем рабочем положении камеры в нее поступало бы указанное количество металла, а в верхнем -исключался подсос воздуха.
С внедрением шиберных затворов стало возможным применять симметричные вакуум-камеры с расширенной нижней частью (см. рис. 3.2.5, б) или без расширения (рис. 3.2.5, в). В последнем случае снижение интенсивности дегазации из-за уменьшения порции металла компенсируется подачей в патрубок инертного газа (аргона). Кроме того, такая камера может быть опущена внутрь ковша, что и позволяет обрабатывать плавку независимо от степени заполнения сталеразливочного ковша. Другое преимущество такого решения -возможность реализации как порционного, так и циркуляционного способа вакуумирования. Для этого достаточно иметь сменные днища с одним или двумя патрубками.
Конфигурация и размеры верхней части камеры определяются условиями размещения и закрепления на ней шлюзового устройства, устройств для замера температуры, электрического или газового нагрева, узлов крепления газоотводящего тракта, смотровых окон, грузозахватных приспособлений и тд.
Рве. 3.2.5. Вакуум-камеры порционных вакууматоров: 1 - трубопровод подачи инертного газа в патрубок
112
Глава 3.2. ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
Рис. 3.2.6. Разновидности вакуум-камер циркуляционных вакууматоров:
1 - отъемный патрубок; 2 - днище вакуум-камеры;
3 - фланцы; 4 - корпус вакуум-камеры; 5 - колпак
Конструкция камеры циркуляционного вакууматора (рис. 3.2.6) отличается достаточной простотой. Учитывая, что степень износа огнеупорной футеровки по высоте камеры значительно отличается, ее корпус часто выполняют расчлененным по высоте на две - три части, что позволяет проводить зональный ремонт футеровки.
Размеры камеры. Диаметр вакуум-камеры зависит от габаритных размеров погружных патрубков и расстояния между ними.
Размер внутреннего отверстия патрубков должен быть максимальным, что позволит повысить скорость циркуляции и интенсифицировать процесс дегазации.
Размеры камер колеблются в широких пределах, в том числе и при одинаковой вместимости ковшей. Так, например, внутренний диаметр камеры вакууматора компании "Армко Стил" в Мидлтауне (США) для ковша вместимостью 235 т составляет 1270 мм, в то время как камера вакууматора для ковшей вместимостью 60 - 120 т, изготовленная фирмой "Мессо металлурги” (Германия) для завода "ЭнергоМашспецсталь" (Краматорск, Украина), имеет внутренний диаметр 1630 мм [2].
Высоту камеры определяют из условия предотвращения "зарастания" ее верхней части шлаком и металлом в процессе дегазации. По мере накопления опыта эксплуатации высота рабочего пространства увеличилась приблизительно с 4 до 10 м, что превышает высоту рабочего пространства вакуум-камеры порционного вакууматора.
Сопла. Для подачи инертного газа во всасывающий патрубок используют сопла (трубки), изготовленные из коррозионно-стойкой стали. Как правило, их располагают в радиальном направлении и в одном сечении в непосредственной близости к днищу камеры. Однако, для интенсификации процесса часто их размещают по касательной к внутреннему периметру или в двух уровнях - в нижней части патрубка и у днища камеры.
Для равномерного распределения газа по соплам разработан способ раздельного регулирования расхода для каждого из них с управлением от ЭВМ.
Известны конструкции вакууматоров с тремя и более патрубками. Это дает возможность более эффективного использования площади днища вакуум-камеры и перемешивания металла во всем его объеме.
Сходство конструкций камер обоих типов. Вакуум-камеры порционных и циркуляционных вакууматоров работают в сходных условиях, имеют целый ряд идентичных конструктивных элементов, таких как корпус, стыки отдельных частей, крепление погружных патрубков, шлакоотделители, смотровые окна, и т.д. Поэтому и конструктивные решения во многих случаях имеют универсальный характер и могут быть использованы на вакууматорах обоих типов.
Погружные патрубки находятся в наиболее тяжелых условиях эксплуатации. Их футеровка, по сравнению с футеровкой других частей вакууматора, подвержена наибольшему износу и ее стойкость ниже стойкости футеровки стен и днища вакуум-камеры. Поэтому патрубки часто выполняют съемными и крепят к вакуум-камере с помощью фланцевых соединений различных типов [4]. Футеровку наружной поверхности и нижнего торца выполняют из огнеупорных масс, внутреннюю -из фасонных кирпичей.
3.2.3.	ТРАКТ ПОДАЧИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Состав оборудования тракта. Тракт подачи сыпучих материалов в вакуум-камеру состоит из двух самостоятельных узлов: загрузочного устройства, включающего блок расходных бункеров, дозатор с весоизмерительной воронкой и затвором, а также транспортное устройство для подачи материалов к вакуум-камере, и питателя для ввода в камеру дозированного количества добавок без нарушения вакуума.
Блок бункеров представляет собой сборную или сварную металлоконструкцию. Каждый бункер обычно снабжен в верхней части решеткой, исключающей возможность попадания в загрузочный тракт негабаритных кусков материалов, а в нижней части - вибропитателем, обеспечивающим подачу контролируемого количества сыпучих материалов в дозатор.
Число бункеров выбирают в пределах 6 -12. их вместимость - из расчета создания запаса каждого вида материала не менее, чем на три плавки. Наличие материала в бункере контролируют с помощью датчиков уровня.
Загрузочные устройства. Так как габаритный размер вакууматора по высоте определяется, как правило, верхней отметкой бункеров, то их обычно размещают в стороне от вакуум-
ТРАКТ ПОДАЧИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
113
камеры и на минимально возможной высоте. Поэтому неотъемлемой частью загрузочного устройства является транспортное средство, перемещающее сыпучие материалы в горизонтальном или наклонном направлениях, для чего наиболее часто используют ленточные конвейеры.
Некоторые варианты конструкции загрузочного устройства с транспортирующими конвейерами представлены на рис. 3.2.7 [6].
На рис. 3.2.7, а дано загрузочное устройство порционного вакуу-матора с подвижной вакуум-камерой. Подачу ферросплавов от весовой воронки к шлюзовому устройству осуществляют с помощью двух, установленных под углом друг к другу ленточных конвейеров - стационарного и подвижного, при этом последний может перемещаться в вертикальном направ
лении синхронно с качанием вакуум-камеры. Благодаря этому загрузку ферросплавов можно осуществить при любом положении вакуум-камеры без ее останова, подавая ферросплав небольшими порциями и в заданной последовательности.
Загрузочное	устройство
циркуляционного	вакууматора
конструкции фирмы "Мессо металлурги” (рис. 3.2.7, 3) отличается наличием одного стационарно закрепленного ленточного конвейера, угол наклона которого составляет 35°. Устройство состоит из восьми бункеров объемом, м3: три бункера по 2,5; один - 1,5, два - по 1,0; два по 0,5. Весовая воронка оборудована вибропитателем, позволяющим регулировать производительность конвейера.
Шлюзовая камера (рис. 3.2.8) предназначена для дозагрузки материалов в процессе
Рис. 3.2.7. Схемы загрузочных устройств с ленточным конвейером: а - подвижным, б - стационарным;
1 - весоизмерительная воронка; 2 и 4 - конвейеры соответственно стационарный и подвижный; 3 - каток, 5 - каретка вакуум-камеры; 6 - шлюзовое устройство; 7 - бункеры; 8 - вибропитатели
Рис. 3.2.8. Варианты конструкции шлюзовых устройств:
а - двухконусное, б - двухконусное с вибропитателем,
7 и 4 - блоки конечных выключателей; 2 и 5 - гидроцилиндры; 3 - приемный бункер,
б и 7 - патрубки соответственно атмосферный и вакуумный, 8 - шлюзовая камера,
9 и 11 - клапаны соответственно нижний и верхний, 72и 13 - патрубки соответственно транспортирующий и подвижный; 14 - вибропитатель, 75 - диафрагма
114
Глава 3.1 ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
вакуумирования. В ней предусмотрены два клапана и система, обеспечивающая откачку газа из межклапанного пространства при ссыпании ферросплавов в вакуум-камеру, или напуск в него атмосферного воздуха после закрывания нижнего клапана. Наибольшее распространение получили конусные клапаны с осевым перемещением, аналогичные приведенным на рис. 3.2.8, а.
В порционных вакууматорах требуется дозированная подача материалов при каждом цикле перемещения вакуум-камеры, что и обеспечивается двух клапанным шлюзовым устройством.
Лопастной дозатор - другой возможный вариант дозированной подачи материалов в порционный вакууматор. Лопасти дозатора образуют ячейки определенного объема. Изменяя частоту вращения дозатора или периодически включая его, можно подавать в вакуум-камеру определенные порции сыпучих материалов.
В циркуляционных вакууматорах в связи с тем, что металл постоянно находится в вакуум-камере возможна непрерывная (в течение всего процесса легирования) подача материала с плавно регулируемой производительностью. Непрерывность процесса обуславливает снижение производительности дозатора, а следовательно, его габаритных размеров и массы. При этом возможно применение вибропитателя (рис. 3.2.8, б).
3.2.4.	ГАЗООТВОДЯЩИЙ ТРАКТ
Компоновки и конструкции газоотводящих трактов порционных и циркуляционных ва-кууматоров не имеют принципиальных отличий. Длина тракта и его конфигурация определяются компоновкой и взаимным расположением в цехе вакууматора и откачивающего оборудования (как правило, пароэжекторного насоса), которые желательно размещать в непосредственной близости друг от друга.
Газоохладители. На выходе из вакуум-камеры отходящие газы имеют температуру 900 °C и более. Большинство современных вакууматоров всех типов оборудованы газоох-лддителями, устанавливаемыми на участке вакуум-провода между вакуум-камерой и главным вакуумным затвором, либо на подвижной каретке, либо на стационарной металлоконструкции вакууматора. Для компенсации термического расширения горизонтального вакуум-провода газоохладитель иногда устанавливают на катках [2].
Газоохладитель (рис. 3.2.9) снижает температуру газов, проходящих через него, до 50 °C, что приводит к снижению мощности насосов и позволяет использовать в соединениях резиновые неохлаждаемые уплотнения.
Ряс. 3.2.9. Газоохладятель:
1 и 10 - предохранительные клапаны;
2 и 9 - крышки соответственно верхняя и нижняя;
3 и 4 - соответственно отвод и подвод воды;
5 - змеевики; 6 и 11 - линзовые компенсаторы;
7 - коллектор; 8 - водоотводящий клапан
Вакуум-провод. Конструкция газоотводящего тракта в значительной степени определяется способом погружения патрубков вакуум-камеры в металл:
при неподвижной камере все элементы вакуум-провода стационарно закреплены на металлоконструкциях вакууматора и цеха;
при перемещающейся камере вакуум-провод должен иметь подвижные соединения.
В телескопическом вакуум-проводе герметизация стыка между элементами телескопа осуществляется "надувным" резиновым уплотнением [2]. При установившемся режиме, когда идет процесс вакуумирования и вакуум-камера неподвижна, во внутреннюю полость уплотнения подают сжатый воздух, И уплоне-ние герметично прилегает к трубе. При необходимости перемещения вакуум-камеры, подачу сжатого воздуха прекращают.
В порционных вакууматорах получили распространение вакуум-проводы с шарнирным соединением отдельных элементов. В них между стационарной частью, присоединяемой к пароэжекторному насосу, и концевым патрубком перемещающейся части вакууматора устанавливают два изогнутых колена и три шарнира. Для компенсации перекосов крайние шарниры выполняют сферическими (с возможностью самоустановки), а средний - цилиндрическим (с одной степенью свободы).
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГРЕВА ВАКУУМ-КАМЕРЫ
115
Пылеуловаггели. В связи с тем, что отходящие при вакуумировании газы содержат большое количество пыли (до 1 кг на 1 т стали при окислительном вакуумировании низкоуглеродистых сталей), серьезной проблемой является ее осаждение и удаление. Поэтому в газоотводящих трактах применяют пылеуловители, в которых использован эффект резкого падения скорости частиц при внезапном расширении трубопровода. Однако в таких пылеуловителях осаждается лишь около 5 % всего количества пыли.
С целью повышения эффективности пылеулавливания целесообразно устанавливать центробежный пылеуловитель (циклон) и использовать его в периоды наибольшего пыле-выделения (например, при окислительном вакуумировании). Кроме того, следует по возможности избегать горизонтальных участков значительной протяженное™, так как в них происходит интенсивное отложение пыли, удалить которую очень трудно.
3.2.5.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАГРЕВА ВАКУУМ-КАМЕРЫ
Способы снижения тепловых потерь. Вакуумирование, как любой другой процесс вне-печной обработки, увеличивает продолжительность периода между сливом металла из плавильного агрегата и его разливкой, в результате чего возникают дополнительные тепловые потери. В камерах порционных и циркуляционных вакууматоров находится и обрабатывается лишь незначительная часть плавки, поэтому проблема сохранения теплоты стоит особенно остро. Для ее решения применяют перегрев металла в печи, засыпку теплоизолирующих смесей, установку теплоотражающих экранов и др.
Значительное влияние на тепловые потери жидким металлом оказывает и организация работ по эксплуатации вакууматора. Сокращение продолжительности подготовительных работ и обеспечение бесперебойной подачи к вакууматору ковшей с жидким металлом позволяет существенно повысить эффективность его работы и улучшить тепловой баланс процесса. По данным немецкой фирмы "Август Тиссен Хютте" при бесперебойной обработке стали на циркуляционном вакууматоре в ковшах вместимостью 90 - 120 т дополнительный подвод теплоты извне не требуется, так как огнеупорная кладка аккумулирует значительное количество теплоты. Но и в этом случае необходим предварительный разогрев футеровки до рабочей температуры (1500 °C) нагревателем мощностью не менее 750 кВт.
Средства для разогрева футеровки вакуум-камер можно подразделить на три группы -это газовые средства, электрические и плазменные.
Газовый нагрев осуществляют с помощью газовых или газокислородных горелок, устанавливаемых в стенках вакуум-камеры, на ее крышке или под погружными патрубками. Чаще всего горелки располагают в боковых стенках вакуум-камеры с наклоном вниз под углом 45°. Разработаны конструкции с тангенциальным расположением горелок, что обеспечивает турбулентное движение горячей смеси и ее более полное сгорание.
При отводе продуктов сгорания через отверстие в своде камеры, нижняя ее часть, и особенно погружной патрубок, нагреваются плохо. Поэтому более предпочтительным является отвод газов через дымовой короб, помещаемый на ремонтной тележке.
Достоинства газового обогрева вакуум-камеры - его простота, экономичность, малые габаритные размеры горелок; недостатки -невозможность использования во время вакуумирования, необходимость перед включением насоса демонтировать горелки и герметизировать отверстия, недостаточная температура разогрева футеровки (1200 - 1250 °C), что не позволяет полностью компенсировать тепловые потери металла.
Электрический обогрев вакуум-камеры осуществляют, как правило, с помощью электрода сопротивления, вводимого в рабочее пространство вакуум-камеры специальным устройством (рис. 3.2.10). Оно состоит из двух механизмов, располагаемых по обеим сторонам вакуум-камеры. Один из них предназначен для перемещения державки с закрепленным в ней электродом, другой - для перемещения контакта, являющегося второй опорой электрода, введенного в вакуум-камеру. Конструкция обоих механизмов идентична и различается, в основном, величиной хода. Державку с электродом и контакт вводят в вакуум-камеру до соприкосновения.
По сравнению с газовым электрический обогрев вакуум-камеры обеспечивает более высокую температуру футеровки и непрерывность воздействия на нее. Однако этот способ обогрева имеет и серьезные недостатки, связанные с довольно низкой стойкостью графитовых деталей в окислительной атмосфере при вакуумировании.
116
Глава 3.Z ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
Рис. 3.2.10. Электронагреватель:
1 - направляющая; 2 - телескопический пилиццр; 3 - рама; 4 - клема; 5 - токолодводящая шина;
6 и 8 - опоры с изолирующими втулками; 7 - медный токоподводящий стержень;
9 - заглушка с торцевыми уплотнениями; 10 - державка; 11 - корпус камеры; 12 - графитовый стержень;
13 - контакт; 14 - каретка вакуум-камеры; 15 - катки; 16 - стационарный кронштейн; 77 - шток гидроциливдра
Плазменный обогрев до настоящего времени широкого распространения не получил в связи со значительными габаритными размерами и высокой стоимостью специального источника питания.
3.2.6.	ОТКАЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Механические насосы, которыми были оборудованы первые вакууматоры, компактны, но требуют эффективной очистки газов.
Пароэжекторные вакуумные насосы - высоко производительные насосы, не чувствительные к пыли и влаге в откачиваемых газах, широкд применяются на современном оборудовании. Эти насосы состоят из четырех -шести последовательно соединенных эжекто
ров, обеспечивающих необходимые скорость откачки и остаточное давление.
Принципиальная схема одного из вариантов насосов дана на рис. 3.2.11. Основной и пусковой блоки состоят из последовательно соединенных эжекторных ступеней. Эжекторная смесь 1 поступает на первые три ступени 2-4 основного блока, разбитые на две нитки. Пусковой блок 10 параллельно подключен к четвертой 6 и пятой 8 ступеням основного блока. После эжекторов третьей -пятой ступеней основного блока установлены конденсаторы смешения 5, 7, 9, а за эжекторами 11 и 13 пускового блока - конденсаторы смешения 72 и 14.
Рис. 3.2.11. Принципиальная схема пароэжекторного насоса
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОВША И ВАКУУМАТОРА
117
Рис. 3.2.12. Принципиальная схема эжекторной ступени
Рабочий пар 1 подают в сопло Лаваля 2 эжекторной ступени (рис. 3.2.12). При выходе из сопла пар со сверхзвуковой скоростью поступает в камеру смешения 4, "захватывая" отсасываемую газовую смесь 3. Перемешанные газовая смесь и пар через горловину 5 поступают в диффузор 6, где происходит преобразование скорости в давление.
Эжектор первой ступени отсасывает газ из вакуум-камеры через вакуумный коллектор. В каждый последующий эжектор смесь поступает из диффузора предыдущего. Таким образом, давление на выходе из эжекторов возрастает. Конденсаторы смешения устанавливают после тех эжекторов, в которых давление на выходе становится выше парциального давления насыщенного водяного пара при температуре охлаждающей воды.
Принцип действия конденсатора смешения заключается в конденсации пара при непосредственном его смешении с водой. Смесь охлаждающей воды и конденсата отводится в барометрический бак. Труба, соединяющая этот бак с конденсатором, выполняет роль гидравлического затвора, поэтому ее высота соответствует разности давлений атмосферного и в конденсаторе.
При пуске насоса в работу в первую очередь включаются одновременно две последних ступени основного и обе ступени пускового блоков. Далее последовательно включаются в работу третья и вторая эжекторные ступени, отключается пусковой блок, и наконец, включается эжектор первой ступени. Команды на управление последовательно поступают при достижении соответствующего давления на выходе каждой из включенных ступеней, начиная с последней.
3.2.7.	МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОВША И ВАКУУМАТОРА
Способы погружения патрубков в металл. Погружение патрубков в металл в порционных и циркуляционных вакууматорах может осуществляться или опусканием камеры в неподвижный ковш, или подъемом ковша к неподвижной камере. Выбор способа в значительной степени определяет компоновку агрегата, его конструктивную схему и габаритные размеры. Рациональная конструкция механизма перемещения ковша или вакуум-камеры обеспечи
вает решение вопросов, связанных с эксплуатацией вакууматора, его надежностью, безопасностью обслуживания, заменой узлов и т.д.
Вертикальные перемещения. В циркуляционном вакууматоре механизмом погружения за весь цикл обработки осуществляется одно двойное (вверх - вниз) перемещение ковша (или камеры), а в порционном - многократное возвратно-поступательное перемещение со-скоростью до 15 м/мин и частотой до 4 -5 дв. ходов / мин. Возникающие при этом значительные динамические нагрузки и цикличность нагружения предъявляют повышенные требования к конструкции и требуют установки мощных приводов.
Наряду с вертикальным перемещением ковша или камеры, существенное влияние на выбор схемы вакууматора оказывает способ установки ковша под вакуум-камеру. В большинстве случаев ковш транспортируют в рабочее положение с помощью цехового или специального сталевоза, который, как правило, оснащают взвешивающим устройством, позволяющим контролировать количество металла в ковше и вакуум-камере. В тех случаях, когда это невозможно, например по условиям планировки цеха, ковш устанавливают краном, предварительно переместив камеру в сторону.
Типы механизмов вертикального перемещения. В порционных вакууматорах наибольшее распространение получили механизмы вертикального перемещения камеры рычажного типа [6]. Сама камера, так же как и вспомогательное оборудование, установлена на платформе, закрепленной на рычагах параллелограмма. На стороне, противоположной вакуум-камере, размещен противовес и гидроцилиндр. Камеры циркуляционных вакууматоров чаще всего перемещают в вертикальном направлении канатным или цепным приводом.
Горизонтальные перемещения. Расширение функциональных возможностей вакууматоров и увелчение их производительности могут быть достигнуты в результате применения вакуум-камер, которые перемещаются в горизонтальной плоскости, что значительно сокращает продолжительность подготовительных операций. Установлено, что при стационарной камере простои составляют до 50 %
118
Глава 3.2. ПОРЦИОННЫЕ И ЦИРКУЛЯЦИОННЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
Рис. 3.2.13. Варианты установки многопозиционных вакууматоров: а - на общей поворотной платформе; б - на индивидуальных тележках;
1 - сталевоз с ковшом; 2 - газоотводящий тракт; 3 - шлюзовое устройство; 4 - рабочая вакуум-камера; 5 - поворотная платформа; 6 - привод поворота платформы; 7 - резервная вакуум-камера;
8 - металлоконструкция; 9 - опора; 10 - механизм подъема ковша; 11 - ремонтные стенды
рабочего времени, а при попеременной подаче двух камер тележками или поворотной платформой - до 13 %. Некоторые схемы многопозиционных вакууматоров приведены на рис. 3.2.13. Две вакуум-камеры поочередно помещают на рабочую позицию - над ковшом, где осуществляют вакуумирование, и резервную позицию - для текущего ремонта и подготовки камеры к работе. Перемещение камеры осуществляют либо поворотным механизмом (рис. 3.2.13, а), либо на тележках (рис. 3.2.13, б). Рабочая позиция оборудована всеми необходимыми механизмами для проведения технологического процесса, а резервная - ремонтными приспособлениями.
3.2.8.	ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО ВАКУУМИРОВАНИЯ
Сущность процесса окислительного вакуумирования - обработка стали, находящейся в вакуум-камере, кислородом или аргонокислородной смесью, вдуваемой через фурму. Это позволяет получать сталь с особо низким содержанием углерода, а при обработке коррозионно-стойких сталей избежать повышенного угара хрома. Окислительное циркуляционное вакуумирование в процессе RH получило название RH-OB-процесса.
Способы подачи кислорода. Подачу кислорода осуществляют или через верх
нюю фурму на поверхность расплава, или через боковую фурму под уровень металла. Верхние фурмы могут быть выполнены водоохлаждаемыми или неводоохлаждаемыми. Иногда их футеруют огнеупорной обмазкой.
В последние годы зарубежными фирмами предпочтение отдается подаче кислорода под уровень металла через боковые фурмы в струе защитного газа. Фурма располагается на глубине около 25 см под поверхностью ванны и ее ось направлена вдоль циркулирующего потока. Скорость циркуляции при совпадении направлений продувки и потока увеличивается, примерно на 10 % повышается степень усвоения кислорода и на 40 % - скорость обезуглероживания. В качестве защитного газа применяется аргон, азот или углекислый газ.
RH-PB-процесс. При традиционном способе окислительного вакуумирования RH-ОВ возможно вдувание порошка через фурмы для подачи кислорода, расположенные в нижней части вакуум-камеры. Этот процесс получил название RH-PB - "циркуляционное вакуумирование с вдуванием порошка” (рис. 3.2.14). Он обеспечивает возможность проведения обессеривания в процессе вакуумирования и, тем самым, значительно расширить функциональные возможности оборудования.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
119
Рис. 3.2.14. Схема процесса RH-PB:
1 - фурма; 2 - патрубок к вакуумному насосу;
3 - управляемый вентиль; 4 - бункер с порошком;
5 и 6 - трубопроводы транспортирующего газа (аргона или азота); 7и 8 - трубопроводы кислорода или аргона при прекращении вдувания газопорошковой
смеси
3.2.9.	АВТОМАТИЗАЦИЯ
Уровни автоматизации управления вакуу-шггором. Современные вакууматоры характеризуются высоким уровнем автоматизации управления, которое может осуществляться в ручном режиме при ремонтах и наладке, а также в полуавтоматическом или полностью автоматическом при включении исполнительных механизмов по программе, рассчитываемой ЭВМ.
Системы управления, как правило, состоят из двух уровней:
нижнего с локальными подсистемами управления перемещением вакуум-камеры, пароэжекгорным насосом, подачей азота и аргона, системой загрузки ферросплавов и контролем параметров плавки;
верхнего, представляющего собой систему управления процессом в целом.
АСУ ПТ выполняет функции контроля основных технологических параметров, прогнозирование технологического процесса и управления основными механизмами.
Верхний уровень АСУ обеспечивает общий контроль за ходом процесса и состоянием оборудования, учет расходуемых материалов и энергоресурсов, оптимизацию работы подсистем, выполнение технологических расчетов, выдачу на дисплей и формирование управляющих воздействий в подсистемы нижнего уровня.
Нижний уровень посредством микропроцессорных контроллеров осуществляет непосредственное управление технологическим процессом под наблюдением оператора, который при необходимости может вмешаться в процесс управления.
3.2.10.	СРЕДСТВА ДЛЯ РЕМОНТА ФУТЕРОВКИ ВАКУУМ-КАМЕРЫ
Текущее обслуживание вакуум-камеры включает осмотр футеровки, обогрев патрубков, удаление настылей с их наружной поверхности, ремонт местных повреждений, замену патрубков (при фланцевом креплении), установку шлакоотделителей и т.д. Кроме того, применяют торкретирование патрубка. Все эти операции проводят на рабочем стенде без демонтажа вакуум-камеры. Вспомогательные и ремонтные средства для проведения работ размещают либо на сталевозе, либо, что более предпочтительно, на специализированных тележках
Капитальный ремонт вакуум-камер осуществляют на специализированных участках, которые имеют необходимый набор ремонтных средств. К ним в первую очередь относятся машины для ломки и удаления выгоревшей футеровки, стенды для установки камер, подъемно-транспортное оборудование различного назначения.
Глава 3.3
КОВШЕВЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
33.1. ОБЩИЕ СВВДЕНИЯ
Особенность ковшевого вакуумирования -одновременная обработка всей массы плавки непосредственно в сталеразливочном ковше. Первые такие агрегаты были' предназначены лишь для дегазации металла, для чего ковш помешали в вакуумную камеру с герметичной крышкой. При этом вакуумированию подвергались лишь верхние слои металла, а на глубине, превышающей 900 - 1000 мм, из-за увеличения ферростатического давления дегазация не происходила. Длительная выдержка металла приводила к потерям температуры и ее неравномерному распределению по объему ковша.
Существенная особенность дегазации стали заключается в ее обезуглероживании в процессе обработки. Вакуумное раскисление (удаление содержащегося в металле кислорода) происходит в результате химической реакции окисления углерода до окиси и ее удаления при низких (менее 0,01 МПа) давлениях. Это дает возможность остановить плавку в плавильном агрегате (например, в конвертере) при повышенном, по сравнению с конечным, содержании углерода.
Преодоление недостатков ковшевого вакуумирования стало возможным после разработки процессов, являющихся сочетанием дегазации с перемешиванием металла инертным
120
Глава 3.3. КОВШЕВЫЕ ВАКУУМАТОРЫ
Рис. 3.3.1. Классификация ковшевых вакууматоров
газом, вдуваемым через пористую пробку в днище ковша, или с помощью индукционных катушек, а также процессов ковшевого вакуумирования с перемешиванием и электродуговым подогревом. Возможность сохранения температуры металла, ее усреднение по всему объему ковша, удаление неметаллических включений при продувке инертным газом явилась причиной широкого распространения этого процесса в мировой практике [8].
Вакуумное обезуглероживание используют для выплавки особонизкоуглеродистых коррозионно-стойких сталей с минимальными потерями хрома (глубокое обезуглероживание при атмосферном давлении сопровождается ростом температуры металла и усиленным окислением хрома). Снижение давления в ходе вакуумной обработки позволяет ослабить окисление хрома в результате интенсификации реакции с образованием СО, а продувка кислородом при разрежении - удалить углерод до 0,01 - 0,03 %. Этот процесс получил название VOD (вакуум-кислородная дегазация).
Классификация ковшевых вакууматоров. В качестве одного из основных показателей для классификации ковшевых вакууматоров целесообразно использовать число стендов, на которых осуществляют технологические операции.
Совмещение процессов вакуумирования и нагрева металла в одном месте усложняет конструкцию агрегата. Поэтому обработку металла проводят на двух стендах, один из которых предназначен для нагрева металла, другой - для вакуумирования.
На рис. 3.3.1 приведена классификация наиболее часто используемых процессов ковшевого вакуумирования, в основу которой заложены их характерные признаки - число стендов, способы перемешивания металла, использование кислорода.
Способы ковшевого вакуумирования применяют в различных сочетаниях.
3.3.2. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОВШЕВЫХ ВАКУУМАТОРОВ
Оборудование ковшевого вакууматора. Современный ковшевой вакууматор представляет собой комплекс оборудования, включающий: средства для проведения технологических операций в самых различных сочетаниях и в любой последовательности; устройства для подачи сыпучих материалов, отбора проб и замера температуры; оборудование для дегазации и т.д.
Оборудование для дегазации стали. Дегазацию стали можно осуществить как непосредственно в ковше, так и при его размещении в вакуумной камере.
Одностендовые агрегаты. В агрегате (рис. 3.3.2) для дегазации стали с одновременным ее подогревом электродугой переменного тока (процесс VAD) все оборудование смонтировано на одном стенде. При обработке стали ковш устанавливают в вакуумную камеру с крышкой, конструкция которой очень сложна: в ней размещают электроды, предусматривают отверстия для подачи ферросплавов и замера температуры и т.д. Следует также учитывать необходимость ваку-
КОМБИНИРОВАННЫЕ АГРЕГАТЫ
121
Рис. 3.3.2. Схема ковшевого вакууматора с электроподогревом (процесс VAD):
1 - корпус вакуум-камеры; 2 - ковш;
3 - трубопровдд вдувания инертного газа;
4 - механизм подъема и поворота крышки;
5 - крышка камеры; 6 - электроды;
7 - гибкие токоподводящие кабели;
8 - устройство подачи кусковых материалов;
9 - пароэжекторный насос
Рис. 3.3.3. Двухстендовый агрегат внепечной обработки стали:
1 - сталевоз; 2 - стенд нагрева; 3 - ковш;
4 - стенд вакуумирования; 5 - пароэжекторный насос ум-плотного соединения оборудования и приборов с корпусом и крышкой агрегата. В связи со сложностью конструкции одностендовые агрегаты применяют довольно редко.
Чаще всего применяют двухстендовые агрегаты. На одном стенде осуществляют дегазацию металла, на другом - нагрев, подачу ферросплавов и другие операции (рис. 3.3.3).
Перемешивание металла в ковше может осуществляться индукционными катушками или инертным газом, вдуваемым через пористые фурмы, устанавливаемые в стенке или днище ковша. Устройства для индукционного перемешивания охлаждаются водой, частота тока в них зависит от вместимости ковша и составляет 0,9 - 2,7 Гц, их мощность колеблется в пределах 7 - 20 кВ • А на тонну стали.
Преимущество газодинамического перемешивания заключается в дополнительной очистке металла от растворенных газов и неметаллических включений. Пористые пробки относятся к наиболее ответственным элементам ковша. Для передачи ванне жидкого металла максимальной кинетической энергии необходимы качественные фурмы с равномерно распределенной пористостью. Кроме того, фурма должна обладать высокой прочностью, так как на нее действуют большие механические и термические напряжения при температурах 1500 - 1600 °C, а также высокой стойкостью к воздействию шлака на заключительной стадии разливки.
Оборудование для электрического нагрева по конструкции аналогично применяемому в дуговых сталеплавильных печах и включает источник питания, токоподводящие кабели, графитизированные электроды и механизмы их перемещения. Диаметр электродов для большегрузных ковшей достигает 500, а длина 9000 мм. Наращивание электродов при их износе осуществляют сверху.
Мощность, необходимую для нагрева металла, рассчитывают из условия требуемой скорости подъема температуры металла. Удельная мощность составляет 85 - 200 кВ • А на тонну стали.
Вакуум-кислородное рафинирование. Подачу кислорода осуществляют через фурму, устанавливаемую в крышке камеры в вертикальном положении обычно по оси ковша. Для этого процесса из-за повышенных газовы-делений производительность откачного оборудования значительно увеличивают.
3.3.3. КОМБИНИРОВАННЫЕ АГРЕГАТЫ
Во многих случаях ковшевые вакуумато-ры эксплуатируют в составе комплексов, являющихся комбинацией до четырех различных агрегатов и используемых для проведения таких, например, процессов, как VAD + VOD, VD + LF + VOD, VOD + VAD + TN и др. Такие комплексы создают неограниченные возможности выплавки сложных марок сталей. Процессы дегазации и десульфации, с целью наиболее полного удаления водорода и серы могут был» проведены неоднократно.
Подача легирующих материалов после раскисления стали и при интенсивном пере-
122
Глава 3.4. АГРЕГАТЫ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ПОРОШКООБРАЗНЫМИ РЕАГЕНТАМИ
мешивании позволяет достигнуть максимального их усвоения.
Важное преимущество таких комплексов -возможность отливать слитки, масса которых в 2 - 2,5 раза превышает номинальную вместимость плавильной печи. В этом случае предыдущие плавки доводят по химическому составу и температуре на ковшевых агрегатах и их параметры поддерживают на требуемом уровне до подготовки конечной плавки в печи, после чего последовательно заполняют изложницы металлом.
Высокие технико-экономические показатели, достигнутые при внедрении ковшевых агрегатов и отмеченные выше, позволяют проводить реконструкцию устаревших цехов с заменой ими плавильных агрегатов. Благодаря реализации части технологических операций в этих агрегатах, становится возможным не только сохранить производительность цеха, но, в ряде случаев, и увеличить производство стали.
Глава 3.4
АГРЕГАТЫ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ПОРОШКООБРАЗНЫМИ РЕАГЕНТАМИ
3.4.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Сера и фосфор, как правило, являются нежелательными элементами в составе стали, а процессы их удаления - десульфурация и дефосфорация - сложными и дорогостоящими. Эта проблема приобретает особое значение в связи с тем, что практически во всем мире истощены запасы высококачественного угля и железной руды. Наряду с этим разведаны большие, легко доступные залежи сырья с высоким содержанием вредных примесей, и в частности, - серы и фосфора.
Жидкий чугун, получаемый из этого сырья и в сталеплавильном производстве составляющий большую часть объема шихты, является практически единственной составляющей, содержащей эти вредные примеси. Однако традиционные способы передела жидкого чугуна в сталь не могут обеспечить повышения качества металла или требуют дополнительных затрат, снижающих эффективность производства.
Простой и экономически целесообразный выход из этого положения - снятие ограничений на химический состав чугуна, выпускаемого из домны, и его доводка до необходимого состава с помощью технологических приемов, реализуемых вне доменной печи. Выполнение некоторых процессов рафинирования металла вне сталеплавильной печи также позволяет не только повысить производительность, но и создать оптимальные условия для осуществления химических процессов удале
ния примесей. Это касается, прежде всего, глубины удаления серы и фосфора.
Десульфурация металла. Сущность процесса десульфурации заключается в связывании серы в прочные и нерастворимые в металле соединения - сульфиды. Одним из основных условий качественного проведения этого процесса является активность серы, которая зависит от содержания кремния и углерода. Чем оно больше, тем выше активность серы. Этим объясняются значительно лучшие условия десульфурации чугуна по сравнению с условиями десульфурации стали.
Достаточно эффективные способы удаления серы из стали - использование вакуумных установок с последующими продувкой аргоном и обработкой синтетическими шлаками (содержание серы снижается до 0,006 %, но скорость десульфурации низкая) и продувка металла порошкообразными реагентами (наиболее простой по реализации и экономической целесообразности способ).
Дефосфорация металла - наиболее сложный из всех процессов сталеплавильного передела. Обязательными условиями для его реализации являются высокая реактивность шлака к фосфору, невысокая температура металла и продувка его кислородом. Эти условия проще всего обеспечить вне плавильного агрегата.
Инжекционные способы рафинирования. Указанные особенности процессов удаления серы и фосфора являются причиной разработки и внедрения инжекционных методов рафинирования металла вдуванием порошкообразных реагентов в струе несущего газа. Эти агрегаты эксплуатируются, как правило, в комплексе с другими видами внепечной обработки.
Типичный технологический процесс включает следующие операции: усреднение химического состава и температуры металла продувкой аргоном;
отбор пробы для химического анализа и замер температуры с целью уточнения длительности последующих операций;
продувка металла порошкообразными реагентами;
легирование и корректировка химического состава подачей кусковых ферросплавов;
раскисление и легирование стали алюминием путем введения алюминиевой проволоки;
отбор пробы и замер температуры металла для определения химического состава;
засыпка поверхности металла теплоизолирующими смесями.
Компоновка оборудования. Оборудование с различными технологическими возможностями компонуют в зависимости от конкретных условий. На рис. 3.4.1 приведен один из типичных вариантов компоновки агрегата для обработки стали в ковше порошкообразными
МАШИНЫ ВВОДА ПРОДУВОЧНОЙ ФУРМЫ В МЕТАЛЛ И ЗАМЕНА ФУРМ
123
реагентами. При работе на агрегате с электро-дуговым подогревом металла можно отказаться от перегрева металла в плавильной печи, поддерживать температуру расплава на требуемом уровне и увеличить цикл обработки (агрегат печь-ковш). Его применяют как самостоятельно, так и в различных комбинациях с другими агрегатами внепечной обработки.
3.4.2.	МАШИНЫ ВВОДА ПРОДУВОЧНОЙ ФУРМЫ В МЕТАЛЛ И ЗАМЕНА ФУРМ
Малины ввода продувочной фурмы в металл устанавливают на металлоконструкцию агрегата стационарно или на поворотной платформе. Выбор типа зависит от условий привязки в цехе. Стационарная машина приведена на рис. 3.4.1, поворотная - на рис. 3.4.2. В машинах обоих типов каретка с фурмой перемещается по направляющим цепным или канатным приводом. Предпочтение следует отдавать цепному приводу, так как он воспринимает выталкивающую силу, действующую на фурму при погружении ее в металл. В случае же применения канатного привода необходимо учи-
Ряс. 3.4.1. Агрегат для обработки стали в ковше порошкообразными реагентами:
1 - ковш; 2 - сталевоз; 3 - тележка для контейнера с фурмами; 4 - металлоконструкция; 5 - газоход;
6 - пульт управления; 7и 8 - распределительный конус и трубопровод утепляющей смеси;
9 - трубопровод ферросплавов; 10 - ленточный конвейер; 11 - весы-воронка; 12 - вибропитатель;
13 - бункеры для ферросплавов; 14 - бункер для утепляющей смеси; 15 - контейнер с фурмами;
16 - машина замера параметров плавки;
77- пневмонасос; 18 - бунт алюминиевой проволоки;
19 - бунгоприемник; 20 - переключатель потока;
21 - подающее устройство; 22 - гибкий трубопровод для подачи газопорошковой смеси; 23 - машина ввода продувочной фурмы в металл; 24 - механизм подъема крышки ковша; 25 - продувочная фурма;
26 - крышка ковша
Рис. 3.4.2. Схема поворотной машины ввода фурмы в металл:
1 - опора; 2 - привод подъема фурмы;
3 - приводная звездочка; 4 - фурма; 5 - цепь;
6 - направляющая; 7 - стыковочный узел фурмы;
8 - каретка; 9 - неприводная звездочка;
10 - трубопровод подачи газопорошковой смеси;
11 - привод поворота направляющей; 12 - платформа
тывать суммарный вес каретки и фурмы - он должен в 2 - 3 раза превышать выталкивающую силу.
Другим требованием, которое следует учитывать при проектировании этих приводов, является снижение колебаний фурмы при продувке, для чего иногда ее опускают до упора в днище ковша. В этом случае отверстие для выхода газа или газопорошковой смеси выполняют на вертикальной стенке.
Фурма представляет собой металлическую трубу, футерованную огнеупорными трубками или обмазкой. В нижней ее части предусматривают выходное отверстие, в верхней - стыковочный узел для крепления на каретке машины ввода фурмы в металл. Фурму плотно стыкуют с трубопроводом подачи газа или газопорошковой смеси от пневмонасоса.
Хранение фурм. Для сокращения времени замены запасные фурмы целесообразно хранить в непосредственной близости от каретки. Распространены два способа хранения -поштучно на металлоконструкциях агрегата и в переносных контейнерах по несколько штук в каждом.
Замена фурм. В агрегате со стационарной направляющей (см. рис. 3.4.1) применяют контейнеры для переноски и хранения пяти фурм одновременно. В этом случае все операции по их замене осуществляют в еле-
124
Глава 3.4. АГРЕГАТЫ ПРОДУВКИ МЕТАЛЛА ПОРОШКООБРАЗНЫМИ РЕАГЕНТАМИ
дующей последовательности. Контейнер, установленный на тележке, перемещается свободным гнездом на ось рабочей фурмы. Захват освобождает фурму, и она остается на контейнере. Далее, механизм вращения поворачивает контейнер на шаг, соответствующий числу гнезд в нем (в данном случае - 72°), при этом запасная фурма оказывается на рабочей оси. Цикл завершается автоматическим захватом фурмы и перемещением контейнера в исходное положение.
При размещении контейнера на площадке в стационарном положении используют
машину, приведенную на рис. 3.4.2. Операции по замене фурм аналогичны описанным выше и осуществляются за счет поворота машины.
3.4.3.	ТРАКТ ПОДАЧИ ПОРОШКА
Технические характеристики пневмокамерных насосов. Порошковые реагенты хранят в пневмокамерных насосах. В табл. 3.4.1 приведены их технические характеристики.
Устройство насосов. Пневмонасосы заполняются порошком из контейнеров либо самотеком, либо пневмотранспортом (рис. 3.4.3).
3.4.1. Технические характеристики пневмокамерных насосов
Параметр	Объем камеры пневмонасоса, м3		
	1,25	1	W		|	3,75
Давление в камере, МПа: рабочее расчетное Максимально допустимая рабочая температура стенок камеры, °C Материал порошковых реагентов	0,9 1,0 +45 Силикокальций, известь, плавиковый шпат,		
	редкоземельные элементы, кокс		
Размеры корпуса, мм: диаметр цилиндрической части	1224	1428	
высота	3995	4585	5385
Масса, кг	1660	2075	2470
Рис. 3.4.3. Схема пневмонасоса:
1 - пневмонасос; 2 - датчик массы; 3 - загрузочная воронка; 4 - саморазгружающийся контейнер; трубопровды: 5 - подачи газа на аэрацию и набора давления в пневмоконтейнере, 8 - подача газа на пневмотранспорт, 9 - разгрузочный, 14 и 15 - подачи газа соответственно на аэрацию порошка в пневмонасосе и на пневмотранспорт, 16 - сброса крупной фракции, 17 - подачи газа на повышение давления в пневмонасосе, 18 - снижения давления в насосе; 10 - вибросито; 11 - загрузочный клапан пневмонасоса; 12 - смотровой люк;
13 - делитель потока; 6 - привод наклона контейнера; 7 - пневмоконтейнер
ЗАМЕР ПАРАМЕТРОВ ПЛАВКИ
125
Основное требование к тракту подачи порошка в металл - сокращение до минимума длины трубопроводов [8]. С этой целью пневмонасос иногда размещают непосредственно на каретке, что однако, усложняет конструкцию машины ввода продувочной фурмы в металл и приводит к невозможности применения нескольких пневмонасосов для подачи в расплавы различных порошков, ограничивая технологические возможности процесса. Поэтому насосы устанавливают на металлоконструкции агрегата в непосредственной близости от продувочной фурмы. Для подачи в металл того или иного порошка служит переключатель потока, обеспечивающий соединение трубопроводов пневмонасосов с фурмой.
3.4.4.	ТРАКТ ПОДАЧИ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ
Тракт подачи ферросплавов. Также как и в агрегатах для вакуумирования стали, тракт подачи ферросплавов в ковш содержит блок расходных бункеров, дозаторы с весоизмерительными воронками и затворами, транспортное устройство для загрузки материалов в ковш (см. гл. 3.1). В связи с тем, что технологический процесс проводится при атмосферном давлении, а ковш в течение всего времени обработки неподвижен, в этих агрегатах не применяют шлюзовые устройства. В этом заключается принципиальная особенность конструкции тракта.
Бункеры. На схеме рис. 3.4.1 дано расположение бункеров для ферросплавов (поз. 13) на одном из агрегатов доводки стали. Материалы хранятся в восьми бункерах. По мере необходимости ферросплавы из бункеров поступают в весоизмерительные воронки (дозаторами служат вибропитатели), и далее, через челюстные затворы - на ленточный конвейер и по наклонной трубе - в ковш.
Бункер для утепляющей смеси (см. рис. 3.4.1). Технологический процесс обработки стали заканчивается засыпкой поверхности металла утепляющей смесью из бункера увеличенной вместимости (поз. 14 на рисунке). Смесь по мере необходимости заданными порциями (по массе или по объему) подается в ковш. Эта операция осуществляется на отдельном стенде.
Устройства для равномерного распределения смеси по поверхности зеркала металла. С помощью заслонок при наладке регулируют расход материала через расположенные в шахматном порядке щелевые отверстия распределительного конуса, устанавливаемого над ковшом.
3.4.5.	МАШИНЫ ПОДАЧИ АЛЮМИНИЕВОЙ И ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ
Обработка металлов с помощью проволоки. Раскисление металла осуществляют подачей в металл алюминиевой проволоки с одновремен-
Рис. 3.4.4. Машина подачи проволочных присадок:
ной продувкой газом для перемешивания. Для десульфурации, кроме продувки порошками через верхнюю фурму, все чаще применяют так называемую порошковую проволоку, представляющую собой стальную оболочку, заполненную порошком силикокальция, силикомарганца или другим материалом.
Машины для подачи проволоки. Проволоку в ковш подают специализированные машины, обеспечивающие смотку проволоки с бунта или катушки и ее дозирование по длине.
На рис. 3.4.4 приведена машина, используемая для подачи проволоки фирмы "Аффиваль” (Франция). Наличие двух комплектов тянущих роликов 4 задающего устройства 5 обеспечивает одновременную (или раздельную) подачу в ковш 7 через трубную проводку 6 проволоку двух марок. Проволока, в этом случае, может храниться как на катушке 3 с разматывателем 2, так и в бунте 1. Для безотходного использования и непрерывности ее подачи в ковш целесообразно применять бунты, для чего в бунтоприемник устанавливают два бунта и по мере расходования переднего бунта на его место перемещают задний. Непрерывность процесса обеспечивается соединением начала проволоки заднего бунта с концом переднего. Параметры процесса подачи (расчетная длина и скорость) устанавливают на цифровом табло и контролируют мерительным роликом.
3.4.6.	ЗАМЕР ПАРАМЕТРОВ ПЛАВКИ
Погружные устройства. Химический состав и температуру стали в ковше определяют в начале процесса после усреднительной продувки, по ходу процесса и в его конце (для контроля достигнутых значений корректируемых параметров металла). Наиболее точными, простыми, дешевыми и технически готовыми средствами, используемыми в сталеплавильном производстве для организации экспрессного контроля физико-химических параметров расплава (в том числе, при решении задач механизированного и автоматизированного
126
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
отбора), продолжают оставаться однофункциональные и комбинированные устройства погружного типа разового использования.
Эти устройства представляют собой рассчитанный на одно погружение расходуемый сменный блок, состоящий из чувствительных элементов (термопар и датчиков окисленно-сти), разъемных металлических пробниц, токосъемников, керамических втулок и шлакоотделительных колпачков, размещенных в бумажной гильзе. Набор этих элементов и сложность конструкции зависит от функционального назначения.
Машины для погружения датчиков в металл. Погружение датчиков в металл производится специализированной машиной или вручную. Разработаны многоштанговые машины. которые обеспечивают организацию технологии контроля температуры, активности кислорода, уровней шлака и металла, а также отбор пробы. В зависимости от требований конкретной технологии и реального хода процесса набор датчиков может меняться.
3.4.7.	УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭВАКУАЦИИ ГАЗОВ
Крышка ковша. Во время продувки металла в ковше выделяется большое количество запыленных газов. Для их улавливания и эвакуации в очистные сооружения ковш накрывают крышкой, соединенной газоотводящим трактом с дымососом. Основное требование к таким устройствам - устранение выбросов газа в цех и создание над зеркалом металла инертной атмосферы. Крышка в рабочем положении может опираться на фланец верхнего торца ковша или располагаться над ковшом с некоторым зазором.
Уплотнение отверстий в крышке. Отверстия в крышке для продувочной фурмы, штанги машины замера параметров плавки, алюминиевой или порошковой проволоки и других элементов уплотняют клапанами и газодинамическими завесами.
Регулировка количества отсасываемых газов должна устранять выбросы в цех при нулевом давлении в зазоре между крышкой и ковшом Эта регулировка достигается изменением производительности дымососа или положения дроссельной заслонки на газоходе. Сигнал для управления механизмами получают от датчиков давления, установленных на крышке.
3.4.8.	УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДОГРЕВА РАСПЛАВА
Система электроподогрева включает источник питания, вторичный токоподвод, электродержатели с механизмами их перемещения и графитированные электроды. Эти элементы аналогичны подобным узлам дуговых сталеплавильных печей. Учитывая ограниченные размеры крышки ковша (или вакуумной каме
ры, если нагрев применен на агрегате VAD), распад электродов должен быть минимальным. Более высокие требования, чем в дуговых печах, предъявляют к степени несимметрии выделения мощности, так как неравномерные тепловые нагрузки приводят к преждевременному износу футеровки ковша.
Выбор энергетического режима и требований к скорости нагрева металла зависят от цикла плавки в плавильном агрегате. Реальные скорости нагрева могут составлять 2 6 °С/мин, однако на практике чаще всего применяют скорость нагрева 4 - 4,5 °C /мин. Это обеспечивает хорошие технике-экономические показатели, удовлетворительную стойкость футеровки и позволяет согласовать циклы плавки в электропечи и обработки на агрегате.
Размещение оборудования. Источник питания, обеспечивающий регулирование выделяемой мощности над нагрузкой, устанавливается в специальном помещении, оборудованном необходимыми грузоподъемными устройствами. Также в отдельном помещении должны размещаться комплектное распределительное устройство, система управления, электрощиты и микропроцессорная техника.
3.4.9.	АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
Управление процессом. После установки ковша со сталью на сталевоз и его подачи на место продувки управление технологическим процессом может осуществляться в ручном или автоматическом режиме. Сигнал о положении сталевоза подается в систему автоматизированного управления от конечного выключателя.
АСУ ТП. Результаты первого замера параметров плавки - химический состав, температуру и массу металла в ковше - вводят в АСУ ТП. После этого ЭВМ рассчитывает массу ферросплавов и раскислителей, количество порошков, выявляет необходимость корректирования температуры металла и других параметров процесса, а в дальнейшем управляет работой всех механизмов агрегата.
Оператор осуществляет контроль с помощью телекамер и визуально.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. М.: Металлургия, 1984. 413 с.
2.	Левин Я. М., Протасов А. В. Современные конструкции порционных и циркуляционных вакууматоров // Металлургическое оборудование Серия 1. Вьш. 4. М.: ЦНИИ-ТЭИТТЯЖМАШ. 1983. С. 18.
3.	Международная конференция по циркуляционному вакуумированию // Черные металлы 1982. № 2. 60 с.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
127
4.	Очагом И. Г. Футеровка порционных и циркуляционных вакууматоров в капиталистических странах: Обзор по системе Информ-сталь. Выл. 8. М.: Черметинформация, 1989. 60 с.
5.	Протасов А. В., Блох В. А., Майоров А. И.  др. Состояние и перспективы развития циркуляционных вакууматоров в СССР и за рубежом // Металлургическое оборудование (НИИинформтяжмаш), 1978. № 35. 65 с.
6.	Протасов А. В., Левин Я. М. Пути совершенствования порционных и циркуляционных вакууматоров // // Металлургическое оборудование. Серия 1. Вып. 4. М.: ЦНИИ-ТЭИТТЯЖМАШ, 1985. 65 с.
7.	Решетов В. И., Протасов А. В. Современное оборудование для дефосфорации и десульфурации чугуна и стали // Металлургическое оборудование. Серия 1. Вып. 5. М.: ЦНИИТЭИТТЯЖМАШ, 1985. 50 с.
8.	Решетов В. И., Протасов А. В. Современные тенденции развития ковшевых вакууматоров за рубежом // Металлургическое оборудование. Серия 1. Вып. 1. М.: ЦНИИТЭ-ИТТЯЖМАШ, 1988.
9.	Черная металлургия // Производство стали и ферросплавов. Огнеупорное производство и подготовка лома черных металлов, 1987. Вып. 9. 69 с.
Раздел 4
МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
Глава 4.1
МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
4.1.1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
зволяет на 10 - 20 % повысить выход годного
металла, значительно снизить затраты энергии и автоматизировать производство.
Слябовые машины. До середины 60-х гг. XX в. использовали слябовые машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) только вер-
Непрерывное литье слябов. На современном этапе развития черной металлургии производство литых листовых заготовок из стали (слябов), предназначенных для получения про-
тикалъного типа, т.е. технологическая линия машины от начала кристаллизации сляба и до конца жидкой лунки располагалась по вертикали. В связи с необходимостью повысить
каткой листовой продукции, осуществляют, скорость разливки и производительность ма-преимущественно, непрерывным литьем. По шин, а также снизить высоту и улучшить усло-сравнению с применявшейся разливкой стали вия обслуживания были разработаны другие в изложницы способ непрерывного литья по- схемы МНЛЗ (рис. 4.1.1).
Рис. 4.1.1. Схемы МНАЗ:
Тип машины: 1а - вертикальная; 16 - вертикальная с изгибом сляба; II- радиальная;
Ша - криволинейная с радиальным кристаллизатором; III6 - криволинейная с вертикальным кристаллизатором;
Шв - наклонно-криволинейная; IV - горизонтальная;
У - расстояние от начала радиального участка до горизонтального участка заготовки по вертикали
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
129
Вертикальные машины. При непрерывном литье толщину 5 корки и глубину L жидкой лунки в слябе приближенно определяют из соотношения
8 =	(4.1.1)
ще К - коэффициент затвердевания, мм • мин"0’5 (табл. 4.1.1); т - длительность затвердевания, мин; L - длина жидкой лунки, м; v - скорость литья, м/мин.
При неизменной толщине отливаемого сляба с повышением скорости литья увеличивается глубина жидкой лунки. Если кристаллизующийся слиток находится в вертикальном положении, то соответственно возрастает и ферростатическое давление внутри его оболочки.
Общая высота столба жидкого металла при непрерывном литье ограничивается 15 -17 м, так как соответствующее этой высоте высокое ферростатическое давление приводит к недопустимому выпучиванию корки сляба в шаге между роликами направляющего аппарата, возникновению внутренних дефектов и последующей отбраковке продукции.
Таким образом, МНЛЗ вертикального типа имеют ограниченные возможности по скорости литья и производительности.
Радиальные машины. В России на Уралмаше и во ВНИИМетмаше, а также на ряде зарубежных фирм практически одновременно были разработаны машины радиального типа (рис. 4.1.2), в которых сляб формируется в изогнутом по дуге окружности кристаллизаторе и после полного затвердевания выпрямляется с выходом из машины в горизонтальном положении.
4.1.1. Параметры процесса затвердевания слябов различной толщины
Толщина а сляба, мм	К, мм • МИН-°>5	т, мин
150	28,0 - 24,7	7,2 - 9,2
175	27,4 - 24,0	10,2 - 13,3
200	26,3 - 23,5	14,5 - 18,1
250	26,0 - 23,2	23,0 - 29,0
300	25,6 - 23,0	34,3 - 42,5
350	25,2 - 22,6	48, 2 - 60,0
Рис. 4.1.2. Слябовая МНЛЗ радиального типа:
Схема промышленной МНЛЗ конструкции ВНИИМетмаша, введенная в эксплуатацию в 1965 г.:
1 - промежуточный ковш; 2 - зона вторичного охлаждения; 3 и 4 - клети соответственно тянуще-правильная и перемещения затравки; 5 - затравка; 6 - машина газовой резки; 7 - штабелирующий стол; 8 - сталкивгстепь
5 Зак 108
130
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.1.3. Первая отечественная слябовая МНЛЗ криволинейного тала НТМК:
1 - тележка для промежуточного ковша; 2 - промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор;
4 - механизм качания кристаллизатора; 5 - приводные шагающие балки;
6 - роликовая зона вторичного охлаждения; 7- кран для подъема затравки;
8 - гидравлические качающиеся ножницы; 9 - рольганг; 10 - аварийная машина газовой резки
При аналогичных параметрах отливаемой заготовки и таком же ферростатическом давлении в конце жидкой лунки на машинах радиального типа, по сравнению с вертикальными машинами, можно повысить скорость разливки в 1,5 раза [2, 3].
МНЛЗ криволинейного типа (рис. 4.1.3), в которых сляб выпрямляется не после его полной кристаллизации, а при наличии жидкой фазы внутри него, - это машины более высокой производительности, чем радиальные машины. Во избежание появления внутренних дефектов, выпрямление сляба на таких МНЛЗ осуществляют не в одной точке, а плавно на протяжении нескольких метров пути. Жидкая фаза, в этом случае, может продолжаться и на горизонтальной части роликовой проводки машины, 1де ферростатическое давление сохраняется постоянным [4].
У современных МНЛЗ криволинейного типа металлургическая длина технологической линии достигает 37 - 40 м. Рекомендации по выбору базовых радиусов МНЛЗ в зависимости от сечения слябов даны в табл. 4.1.2.
Используют два вида криволинейных МНЛЗ:
1	- с радиальным кристаллизатором и выпрямлением сляба в двухфазном состоянии;
2	- с вертикальным кристаллизатором, загибом и выпрямлением сляба в двухфазном состоянии.
4.1.2. Рекомендуемые значения базовых радиусов Rq МНЛЗ криволинейного типа
Толщина а сляба, мм	Ж м
150	4 - 5
200	6
250	8
300	10
350	12
400	14
Машины первого вида. Основными конструктивными параметрами МНЛЗ первого вида (рис. 4.1.4, а) являются толщина а н ширина b отливаемого сляба, базовый радиус Rq, длина кристаллизатора рациональное расстояние Нм от мениска металла в кристаллизаторе до горизонтальной линии, проходящей через центр кривизны кристаллизатора, длина дугового участка L\, длина участка выпрямления L^y максимальная длина L жидкой фазы сляба, определяемая его толщиной а и максимальной скоростью v разливки по формуле (4.1.1); расстояния (шаги) между роликами вдоль технологической, линии машины.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
131
Рис. 4.1.4. Схемы МНЛЗ криволинейного тяга: а - с радиальным кристаллизатором; б - с вертикальным кристаллизатором, с последующим загибом и разгибом сляба;
бн и бк - толщина корки сляба соответственно в начале и конце криволинейного участка деформации
Выбор значения Нм в радиальном кристаллизаторе обосновывается созданием наиболее благоприятных условий для всплытия и удаления неметаллических включений. Его рассчитывают по соотношению
скорость деформации внутренних слоев кристаллизующейся корки. Его длину вычисляют по следующей зависимости [4]
Ям = Rq sin
J4K2 1 vKo ’
(4.1.2)
где К - коэффициент затвердевания по табл. 4.1.1.
Выбор других параметров. При построении профиля зоны вторичного охлаждения (ЗВО) МНЛЗ криволинейного типа с радиальным кристаллизатором определяющим является участок выпрямления сляба, который должен обеспечивать минимальную и постоянную
5*
.^2 = ocq/?q------------'>	(4-1-3)
1 +-----Inm
1- т
где (xq = 20 - 30°; т - коэффициент, опреде-
ляемый по формуле
т
(4.1.4)
здесь L = L\ + £2 + ^3 (см. рис. 4.1.4, а).
132
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
В координатных осях X' Y' координаты любой точки участка выпрямления находят из уравнений:
S
X' = J cos О
1 Г S
Координаты любой точки участка загиба такой МНЛЗ определяют по уравнениям:
S
X' = J cos о
т' S
Ro т' -1
(т' - 1)2 (т’ - 1)^ + Z?
(4.1.11)
(4.1.5)
5
y' = |sin о
s
K' = Jsin о
т' S
-1
. mLl (1-m)2
In
(1 - m)S + mL2
dS.
111 (т' - 1)5 4- L'2
(4.1.12)
(4.1.6)
Машины второго вида. Для МНЛЗ этого вида (рис. 4.1.4, б) вместо Нм используют параметр Ну а также длину L} участка загиба сляба.
При построении профиля ЗВО МНЛЗ криволинейного типа с вертикальным кристаллизатором используют следующие зависимости:
для участка загиба
Ц. = «з*0-------(41-7)
т' + —----In —
т' -1 т'
где а3 = 15 - 20°; т' - коэффициент;
где Н - расстояние от мениска металла до радиального участка ЗВО;
для участка разгиба
Ц. = ар/?о------.	(4.1.9)
14-———— 1П/И"
1-т"
где ар = 20 - 30°; т" - коэффициент;
1	| Н 4- L2 4" Lq 4- L2
т" =----1—,	L	—. (4.1.10)
Координаты точек участка разгиба этой МНЛЗ находят, используя уравнения (4.1.5) и (4.1.6) при подстановке в них значений коэффициента т = т" и длины Lq. =	.
Компоновка элементов МНЛЗ. После выбора параметров профиля технологической линии МНЛЗ проводят расстановку элементов (балок и роликов) направляющего аппарата с определенным шагом между ними, обеспечивающим допустимое выпучивание корки отливаемого сляба (см. п. 4.1.4).
Типоразмеры МНЛЗ. Высокой производительности (в результате повышения коэффициента использования МНЛЗ) в условиях современного металлургического производства достигают специализацией каждой машины на литье слябов достаточно узкого диапазона размеров сечений, поэтому для крупных кислородно-конвертерных комплексов с конвертерами вместимостью 250 - 400 т проектируемые машины целесообразно подразделять по сортаменту слябов на пять типоразмеров сечений параметрического ряда, мм:
I - (150 ч- 200) х (600 ч- 1200);
II - (175 ч- 250) х (750 ч- 1600);
III - (250 ч- 315) х (900 ч- 1900);
IV - (300 ч- 350) х (1200 ч- 2600);
V - (350 ч- 400) х (2000 ч- 3500).
Интервал типоразмеров машин по сечению слябов является рекомендательным и не исключает изменения сортамента отливаемых слябов в соответствии с конкретными условиями производства.
Преимущества МНЛЗ криволинейного типа. МНЛЗ этого типа с
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
133
постепенным загибом и выпрямлением или только с выпрямлением сляба с жидкой фазой позволяют при небольших базовых радиусах (6 - 10 м) иметь технологическую длину L машины до 40 - 45 м, а значит и высокие скорости разливки. Тем самым может быть осуществлена организация совместной высокопроизводительной работы в режиме "один конвертер - одна слябовая МНЛЗ". Большое значение имеет и повышение технического использования МНЛЗ, для чего разработаны и эксплуатируются на многих объектах следующие механизмы и устройства: комплекс устройств на разливочной площадке для проведения разливки в режиме "плавка на плавку", устройства для заведения затравки сверху через полость кристаллизатора, промежуточные ковши вместимостью до 30 - 70 т жидкой ста
ли, механизированные устройства для быстрого съема кристаллизатора и первых двух следующих за ним роликовых секций, устройства для ускоренного демонтажа роликовых секций на дуговом, криволинейном и горизонтальном участках, настроечные стенды для кристаллизатора и всех роликовых секций, перестраиваемый по ширине сляба непосредственно в машине кристаллизатор и дистанционная перестройка роликовых секций на другую толщину сляба с пульта управления.
В табл. 4.1.3 даны основные технические характеристики отечественных слябовых МНЛЗ криволинейного типа конструкции ПО "Уралмаш", а на рис. 4.1.5 приведена МНЛЗ крупного кислородно-конвертерного цеха Череповецкого металлургического комбината (ОАО "Северсталь").
4.1.3. Технические характеристики МНЛЗ криволинейного типа конструкции ПО "Уралмаш”
Завод, на котором установлена МНЛЗ, город	Год пуска	Число машин Число ручьев	Базовый палиус Длина машины, м	Вместимость ковша, т	Сечение сляба, мм	Способ разрезки сляба	Производительность цеха, млн.т/год
НТМК, г. Нижний Тагил	1968	1 1	LQ 20,0	170	(200 ч- 250) х (1500 ч- 1800)	Гидравлическими ножницами	0,32
Амурсталь, г. Комсомольск на Амуре	1974	1 1	£2 13,8	30	180 х 1050	С помощью машины газовой резки	0,15
НЛМК, г. Липецк	1975-1976	4 8	12.0 31,2	350	(250 -г 350) х (1150 ч- 2200)		5,00
Комбинат "Азовсталь", г. Мариуполь (Украина)	1977	3 6	10 37	350	(200 -г 315) х (1250 -г 1900)		3,20
Череповецкий комбинат, г. Череповец (см. рис. 4.1.5)	1980- 1985 1989	4 8 1 2	10 37 10 37,6	385	(200 -г 315) х (1000 ч- 1900) 250 х (1100 ч- 1900)		5,00 2,50
Магнитогорский комбинат, г. Магнитогорск	1990	4 8 - 16	8 35,8		250 х (750 ч- 2350)		5,00
Комбинат им. Ильича, г. Мариуполь (Украина)	1990	2 2	8 27,8	160	(235 ч- 280) х (1600 ч- 1900)		1,50
134
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Продолжение табл. 4.1.3
Завод, на котором установлена МНЛЗ, город	Год пуска	Число машин Число ручьев	Базовый папиус Длина машины, м	Вместимость ковша, т	Сечение сляба, мм	Способ разрезки сляба	Производительность цеха, МЛН.Т/ГОД
Амурсталь, г. Комсомольск на Амуре	1990	1 1	_L_ 20,6	180	200 х 1500	Гидравлическими ножницами	0,40
Челябинский комбинат, г. Челябинск	1990	2 2	6* 17	130	(150 ч- 170) х (1050 ч- 1550)		0,54
* Вертикальный кристаллизатор с загибом радиусом до 6 м и разгибом.
Примечания. 1. Материалы получаемых слябов - углеродистые и низколегированные стали; на комбинате им. Ильича, г. Мариуполь, слябы отливают из углеродистых сталей, на Челябинском комбинате - из легированных.
2. Применяемые сокращения: НТМК - Нижне-Тагильский металлургический комбинат; НЛМК - Новолипецкий металлургический комбинат.
Рис. 4.1.5. МНЛЗ криволинейного типа кислородно-конвертерного цеха Череповецкого металлургического комбината
4.1.2. ОБОРУДОВАНИЕ РАЗЛИВОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
Операции, выполняемые на разливочной площадке МНЛЗ. На этой площадке предусматривают комплекс оборудования, обеспечивающий технологические операции от приема сталеразливочных ковшей с жидким металлом до подачи металла в кристаллизатор в режиме длительной разливки методом "плавка на плавку".
Состав оборудования на разливочной площадке - стенды для сталеразливочных ковшей, механизмы для установки и перемещения, а также устройства для разогрева футеровки промежуточных ковшей, аварийные емкости
для слива металла и шлака, устройства для подачи защитных смесей в кристаллизатор и другое вспомогательное оборудование, например специальные тележки для заведения затравок в машину.
На площадке в отдельном помещении размещают аппаратуру для автоматизированного управления работой машины, а у рабочих мест разливщиков - пульты управления для выполнения основных операций при разливке.
Стенды для сталеразливочных ковшей. В практике непрерывной разливки стали используют различные конструктивные схемы стендов для сталеразливочных ковшей (табл. 4.1.4).
ОБОРУДОВАНИЕ РАЗЛИВОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
135
4.1.4. Классификация стендов для сталеразливочных ковшей
Типы стендов	Конструктивные особенности		Схема	
Подъемноповоротные	С поворотным кругом,	вместимость ковша 150 - 400 т	С индивидуальным подъемом двух ковшей		
		С одновременным подъемом ковшей	*T|J — •wwl	
		С качающейся траверсой		
	На колонне для ковшей вместимостью 50 - 220 т	С одновременным подъемом двух ковшей		
		С индивидуальным подъемом ковшей		
		С индивидуальным подъемом и- поворотом каждого ковша вокруг колонны	
Передвижные	Портальные		
	Полупортальные		
	Мостовые на эстакаде		
136
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Выбор конкретной схемы стенда определяется взаимным расположением литейного и разливочного пролетов, размещением МНЛЗ в пролете цеха, габаритами цеха и машины, числом ручьев в машине и т.д.
Независимо от конструктивного исполнения стенда к нему предъявляют следующие требования:
общее время перемещения сталеразливочного ковша из резервной позиции в рабочую должно быть минимальным и не должно превышать 30 - 40 с при ускорениях до 0,4 м/с2;
стенд должен быть оборудован механизмом для подъема ковша на высоту, обеспечивающую осуществление таких технологических операций, как замена погружных стаканов промежуточного ковша и защитных труб, предохраняющих от окисления струю металла, поступающую из сталеразливочного ковша в промежуточный, прожигание отверстий в стаканах и т.д.;
на стенде должно проводиться непрерывное взвешивание сталеразливочного ковша с металлом;
стенд не должен препятствовать доступу к агрегатам машины для обслуживания;
в аварийных ситуациях на стенде должно быть обеспечено перемещение сталеразливочного ковша в позицию для слива металла в аварийные емкости.
На рис. 4.1.6 показан подъемноповоротный стенд, входящий в состав оборудования МНЛЗ, поставленных ПО "Уралмаш" ряду отечественных и зарубежных металлургических комбинатов.
Промежуточные ковши. Подвод жидкого металла из сталеразливочного ковша в кристаллизатор осуществляется через промежуточный ковш (рис. 4.1.7), который распределяет металл между ручьями МНЛЗ, обеспечивает непрерывность и стабильность технологического процесса в период замены сталеразливочных ковшей при разливке в режиме "плавка на плавку".
2435
Рис. 4.1.6. Подъемно-поворотный стенд для сталеразливочных ковшей вместимостью 350 т стали: 1 - качающаяся траверса;
2	- опоры сталеразливочных ковшей с параллелограммным устройством;
3	- привод наклона траверсы;
4	- опорные ролики;
5	- станина поворотного круга;
6	- привод редуктора
Рис. 4.1.7. Промежуточный ковш вместимостью 50 т стали для МНЛЗ Магнитогорского металлургического комбината:
1 - корпус; 2 - шиберный затвор; 3 - погружной стакан; 4 - сливной носок; 5 - крышка;
6 - механизм для смены стакана
ОБОРУДОВАНИЕ РАЗЛИВОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
137
Основные параметры промежуточного ковша - вместимость и глубина его заполнения жидким металлом, которые определяют качество формирующегося сляба по количеству неметаллических включений в нем и возможность бесперебойного ведения разливки во время замены сталеразливочных ковшей. Глубина ванны жидкого металла в промежуточном ковше составляет 1100 - 1300 мм (минимально допустимая глубина 400 мм).
Конфигурация промежуточных ковшей определяется требованием уменьшения попадания неметаллических включений в кристаллизатор, легкодоступно-стью при его футеровке, удобством наблюдения за мениском металла в кристаллизаторе во время разливки, возможностью беспрепятственной подачи защитных смесей и при необходимости быстрой смены погружных стаканов. Некоторые формы промежуточных ковшей слябовых МНЛЗ приведены в табл. 4.1.5.
4Л.5. Конфшурация промежуточных ковшей
Число ручьев	Тип ковша	Конфигурация ковша
Четыре ручья	Прямоугольный	F ♦ 1 ♦ +
	Прямоугольный	t	i
Два ручья	±-образный	i	f
	А-образный	
	П-образный	i H
Один ручей	Прямоугольный	
Примечание: + - подвод металла; О - разливочное отверстие; -» - направление вытягивания сляба.
138
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Для регулирования подачи металла в кристаллизатор на промежуточных ковшах устанавливают либо стопорные устройства, либо шиберные затворы. Подачу жидкого металла в кристаллизатор осуществляют через погружные глуходонные огнеупорные стаканы с двумя боковыми отверстиями, через которые металл направляется параллельно широким граням формирующегося сляба. Для быстрой замены погружных стаканов на корпусе промежуточного ковша размещают специальные механизмы (рис. 4.1.7).
Устройства для перемещения и подъема промежуточного ковша. В слябовых МНЛЗ применяют два типа устройств для операций с промежуточными ковшами: тележки с механизмами подъема и перемещения и подъемноповоротные столы. При выборе типа и конструкции устройства учитывают расположение МНЛЗ в цехе, конструктивную схему стенда для сталеразливочных ковшей, число ручьев в машине и другие особые требования технологии.
К устройствам для перемещения и подъема промежуточных ковшей предъявляют следующие технологические требования:
механизмы и схема управления устройства должны обеспечивать минимальное время замены промежуточных ковшей в процессе
разливки, так как время перерыва в поступлении металла в кристаллизатор не должно превышать 1 мин;
для удобства обслуживания кристаллизатора и замены разливочных стаканов промежуточных ковшей механизмы устройства должны обеспечивать подъем (опускание) промежуточного ковша на высоту около 600 мм;
для компенсации неточной установки разливочных стаканов и в случае перехода на литье слябов другой толщины устройство должно быть оснащено механизмами поперечного перемещения промежуточного ковша относительно широких стенок кристаллизатора.
Устройства для перемещения промежуточных ковшей. При использовании на разливочной площадке для сталеразливочных ковшей подъемно-поворотного стенда для промежуточных ковшей предпочтительнее применять тележки (рис. 4.1.8 и 4.1.9, а и б), перемещающиеся по разливочной площадке по рельсам, расположенным либо перпендикулярно к оси МНЛЗ, либо по дугам окружностей вокруг стенда. Схемное решение перемещения тележек зависит от общей компоновки оборудования на разливочной площадке и должно учитывать аварийные ситуации, связанные с возможностью незакрытая стопора или шибера сталеразливочного или промежуточного ковшей, и т.д.
Рис. 4.1.8. Тележка для промежуточных ковшей:
1 и 2 - механизмы соответственно для передвижения тележки и подъема промежуточного ковша
КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
139
Рис. 4.1.9. Схемы размещения оборудования на разливочной площадке 1 - 2-ручьевых МНЛЗ:
1 - стенд для сталеразливочных ковшей; 2 - тележки для промежуточных ковшей; 3 - промежуточный ковш;
4 - подъемно-поворотный стол для промежуточных ковшей
В случае одноручьевой МНЛЗ тележку с необходимыми механизмами для подъема промежуточного ковша компонуют таким образом, чтобы продольная ось промежуточного ковша была параллельна оси МНЛЗ, при этом наилучшим образом удовлетворяются технологические требования по обслуживанию и наблюдению за мениском металла в кристаллизаторе (рис. 4.1.9, в).
При использовании сталеразливочных стендов портального, полупортального или мостового типов предпочтительно применение подъемно-поворотного стала для промежуточных ковшей (рис. 4.1.9, г).
4.1.3.	КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
Назначение кристаллизатора и требования к нему. Кристаллизатору отведена одна из основных функций - формирование оболочки сляба заданного сечения. Основное требование к кристаллизатору - обеспечение необходимого теплоотвода от кристаллизующейся стали и получение на выходе качественной и достаточно прочной оболочки, которая не разрушается под действием ферростатического давления жидкой фазы сляба.
Материал стенок кристаллизатора. Для удовлетворения технологических требований, предъявляемых к кристаллизатору, важное значение имеет выбор материала его рабочих водоохлаждаемых стенок. Для этих целей обычно применяют электролитическую медь марок МОр и М1р. Однако низкие твердость и сопротивление износу меди ограничивают стойкость таких стенок и время эксплуатации между перестрожками.
Повышение стойкости стенок кристаллизатора достигается применением сплава меди с серебром типа МСр, имеющего более высокую (~ на 100 °C) температуру разупрочнения, или нанесением гальванического одно-, или многослойного покрытия стенок хромом, никелем, железоникелевым сплавом и т.д.
Конструктивные элементы кристаллизатора. Длину кристаллизатора обычно выбирают в пределах 900 - 1200 мм. Внутренняя полость кристаллизатора имеет переменное сечение по высоте с учетом усадки сляба при его кристаллизации, составляющей 0,6 - 1 % на длине кристаллизатора в зависимости от марки стали.
140
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Для возможности перехода на новую ширину отливаемого сляба в кристаллизатор встраивают специальные механизмы, обеспечивающие такую перестройку без прекращения
процесса разливки. Перестройку производят по заданному алгоритму и команде от ЭВМ с помощью электромеханического (рис. 4.1.10) или гидравлического привода.
Рис. 4.1.10. Кристаллизатор с механизмом перестройки ширины отливаемого сляба в процессе разливки
КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
141
В отечественной практике на слябовых МНЛЗ применяют рабочие стенки кристаллизаторов исключительно со сверлеными каналами для охлаждающей жидкости. За рубежом более распространены рабочие стенки с фрезерованными пазами.
Отличительной особенностью охлаждения кристаллизатора конструкции ПО "Уралмаш" является использование двойного цикла прохождения воды в каналах его стенок, что позволяет снизить ее расход в 2 раза. При этом температура рабочих стенок кристаллизатора, обращенных к жидкой стали, не превышает 240 - 260 °C при общем нагреве воды в кристаллизаторе на 10 - 12 °C.
Механизмы качания кристаллизаторов. Для исключения зависания формирующейся корки сляба на рабочих стенках кристаллизатора в результате сопротивления при его вытягивании, вызванного ферростатическим давлением и прилипанием к стенкам жидкого металла, предусматривается возвратно-поступательное движение кристаллизатора вдоль движения сляба с заданной частотой и амплитудой. В большинстве случаев используют синусоидальный закон движения, который осуществляется при минимальных динамических нагрузках кривошипно-шатунным механизмом или с помощью гидропривода. При этом, как показывают исследования, для образования качественной поверхности сляба время опережения топ, в течение которого скорость движения кристаллизатора -вниз больше скорости вытягивания сляба, должно составлять в зависимости от марки разливаемой стали 0,05 - 0,2 с.
Параметры	возвратно-
поступательного движения. Между
скоростью разливки V, частотой качания f амплитудой качания А и временем опережения топ при синусоидальном законе движения существует соотношение
T»" = 7’Varccosif (4113)
В большинстве случаев частота качания кристаллизатора составляет 1 - 2 Гц с амплитудой 4-8 мм. Качество поверхности сляба улучшается с повышением частоты качания до 4 Гц и снижением амплитуды (2-5 мм). Однако при таких параметрах качания топ чрезмерно мало, что в значительной мере уменьшает поступление служащей смазкой шлакообразующей смеси в зазор между стенками кристаллизатора и коркой сляба и может нарушить стабильность литья. Решение проблемы возможно либо за счет использования шлаков с низкой вязкостью при высоких температурах, либо за счет применения несинусоидальных законов движения (например, трапецеидального закона).
В качестве кинематических схем механизмов качания кристаллизатора в большинстве случаев используют рычажные механизмы различных видов - с одноплечим рычагом, с ведущим двуплечим рычагом (рис. 4.1.11), параллелохраммного типа (рис. 4.1.12), в котором один рычаг Р может быть заменен тягой рессорного типа, уменьшающей влияние зазоров в шарнирах механизма. Наибольшее распространение получили кривошипно-шатунные механизмы паралле-лограммного типа.
Рис. 4.1.11. Рычажные механизмы качания кристаллизатора: а - с одноплечим рычагом; б - с ведущим двухплечим рычагом
142
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.1.12. Кривошипно-шатунный механизм качания кристаллизатора параллелограммного типа
Приводы механизмов. Для уменьшения зазоров кинематической цепи привод механизма качания может выполняться безредукторным от специального электродвигателя постоянного тока или гидравлическим.
Характер изменения вращающего момента, приведенного к валу двигателя механизма» определяют по формуле
Л/дв = МТ ± Л/в sin,	(4.1.14)
тц
где МТ - суммарный момент трения в подшипниках рычагов, приведенный к валу двигателя; Мъ - амплитуда переменной составляющей статического момента, определяемая силами тяжести рычагов, рамы и кристаллизатора, а также сопротивлением вытягиванию сляба и динамическими силами; тц - время цикла качания; т - текущее время.
4.1.4.	ОБОРУДОВАНИЕ УЧАСТКА ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЛЯБА
Назначение оборудования участка вторичного охлаждения сляба. В технологической линии МНЛЗ за кристаллизатором располага
ют оборудование, предназначенное для вытягивания из кристаллизатора сформированного по периметру сляба, его изгиба и выпрямления или только выпрямления, а также для охлаждения сляба до полной его кристаллизации и выдачи из машины.
Направляющий аппарат технологической линии МНЛЗ. Как правило, в качестве направляющего аппарата используют два ряда роликов, между которыми перемещается сляб благодаря тому, что часть этих роликов является приводной. Непосредственно под кристаллизатором иногда применяют стационарные направляющие или шагающие балки (рис. 4.1.3, поз. 5). Роликовая секция, устанавливаемая под кристаллизатором, приведена на рис. 4.1.13.
Расстояния между соседними поддерживающими роликами ограничиваются допустимым выпучиванием корки сляба от действия ферростатического давления. Поэтому с повышением скоростей разливки нашли применение многорядные ролики (рис. 4.1.14, см. также рис. 4.1.5, поз. 7) малого диаметра.
Роликовые секции. Обычно ролики объединяют в секции, выполняемые либо регулируемыми, либо с настройкой раствора между роликами с пульта управления (рис. 4.1.15) или заменой регулировочных прокладок.
ОБОРУДОВАНИЕ УЧАСТКА ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЛЯБА
143

Рис. 4.1.15. Роликовая секция, в которой изменение раствора между роликами выполняют с пульта управления:
1 и 2 - полусекции соответственно нижняя и верхняя; 3 - колонна;
4 - червячно-винтовой механизм изменения раствора между роликами
144
Глава 4 1 МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.1.16. Роликовая секция 2 - 4-ручьевой МНЛЗ Магнитогорского металлургического комбината
Специфическое конструктивное выполнение имеют роликовые секции комбинированной МНЛЗ (рис. 4.1.16), на которой можно отливать в каждом ручье или один широкий или одновременно два узких сляба с разными скоростями литья, что обеспечивается независимыми приводами.
На криволинейном участке на роликах выполняют добавочную операцию - правку. Роликовые секции этого и последующего горизонтальных участков должны обеспечить пропуск невыпрямленных, обычно более холодных, переднего и заднего концов сляба при более высоком уровне сил, действующих на ролики. Нагрузки на ролики этих двух участков снижаются, главным образом, благодаря рациональным конструктивным решениям, связанным с увеличением шага правки, в частности, при чередовании правящих роликов большого диаметра, установленных стационарно, и подпружиненных роликов малого диаметра, настроенных на восприятие силы только от ферростатического давления. Применяют также балансирную подвеску верхних роликов или балансирную установку 4-роликовых блоков.
В качестве приводных "обычно используют часть нижних роликов, распределяя электромеханические приводы равномерно по всей длине технологической линии МНЛЗ.
Материалы роликов. Эффективность использования МНЛЗ в значительной степени обеспечивается сроком службы роликов, которые подвержены высокотемпературным локальным нагревам, абразивно-коррозионному износу и усталостному разрушению. По этой причине наибольшее применение для роликов нашли теплоустойчивые стали, легированные хромом (0,5 - 1,8 %), никелем (0,3 -0,8 %) и молибденом (0,2 - 1 %). Широко
используют также ролики с наплавленным слоем, содержащим 5 - 22 % хрома, что уменьшает усталостное растрескивание их поверхности.
АХК ВНИИМЕТМАШ создана новая конструкция роликов с кольцевыми 1 - 2-слойными бандажами для слябовых МНЛЗ (рис. 4.1.17). Стойкость бандажированных роликов примерно в 10 - 15 раз выше стойкости цельнокованых. Ролики этой конструкции используют на МНЛЗ Новолипецкого металлургического комбината.
па па.да ггя т гл. га.


Рис. 4.1.17. Ролики с кольцевыми бандажами: а - без промежуточных вставок, б - с промежуточными вставками, в - с износостойким наружным слоем
ОБОРУДОВАНИЕ УЧАСТКА ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ СЛЯБА
145
Параметры роликовой зоны. При проектировании роликовой зоны важным конструктивным параметром является расстояние между роликами, в значительной мере определяющим качество отпиваемого сляба. Определение рациональных расстояний между роликами сводится к расчету деформации (%) корки на фронте кристаллизации при ее выпучивании по формуле [2]
ев=2400^-,	(4.1.15)
где - выпучивание корки; 5 - толщина корки [см. (4.1.1)]; t - шаг между роликами.
Значение рассчитывают с использованием выражения
где КТ - коэффициент, характеризующий изменение жесткости корки в зависимости от температуры Тп поверхности корки (рис. 4.1.18); 51(7^) - расстояние от нейтральной оси до фронта кристаллизации корки; р - интенсивность равномерно распределенной нагрузки, численно равная ферросгатическому давлению; Еа - "упругопластический" модуль, МПа:
= -4,566 • Ю5 + 160 Т„ +
'll
(4.1.17)
Изменение температуры поверхности сляба по длине технологической линии МНЛЗ принимают в соответствии с рекомендуемыми температурными режимами в зависимости от марки разливаемой стали (См. п. 4.1.5).
Расчетная деформация на фронте кристаллизации не должна превышать допустимую [sB] деформацию. В зависимости от марки стали [ej принимают 0,1 - 0,5 % толщины корки сляба.
Выбрав шаги между роликами по всей длине технологической линии МНЛЗ, а следовательно, определив диаметры роликов, необходимо проверить ролики на прочность и жесткость.
На ролики дугового участка МНЛЗ действуют силы от ферростатического давления жидкой фазы сляба, равные:
(4.1.18)
где pj = yHj - ферростатическое давление в заданной точке технологической линии; (у -удельный вес жидкой стали; Hi - расстояние по вертикали от мениска металла в кристаллизаторе до заданной точки); b - ширина сляба.
Рис. 4.1.18. Температурные зависимости отношения 51 / 5 и коэффициента КТ
На ролики участка выпрямления сляба, кроме силы Рф/, действует также сила правки Ри/, зависящая, прежде всего, от механических свойств стали при высоких температурах [5]. Для аналитического описания этих свойств обычно используют закономерность установившейся ползучести в виде зависимости
а = ехр[- Х(Т + 273)],	(4.1.19)
где Pj, ц и % - константы, определяемые экспериментально (для некоторых сталей см. табл. 4.1.6); ё - скорость деформирования, с1; Т - температура, °C.
Для нахождения изгибающего момента, требуемого для полного выпрямления закристаллизовавшегося сляба, используют уравнение равновесия
а/2
А/ц = 2b J ау dy. (4.1.20) 0
Принимая в первом приближении, что распределение температуры от центра сляба до его поверхности линейное, имеем:
2(ГЦ - Тп)
Т = Т„ - -i-S------^у,	(4.1.21)
а
146
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
где Тц и Тп - температуры соответственно центра сечения и поверхности широкой грани; а - толщина сляба.
Тогда на основании гипотезы плоских сечений
г = ку,	(4.1.22)
где к - установившаяся скорость изменения кривизны оси сляба, определяемая для МНЛЗ криволинейного типа из выражения
^0^2
Подставляя формулы (4.1.19), (4.1.21) -(4.1.23) в формулу (4.1.20) и вводя обозначения
ехр[-Х(Г+27з)],
(4.1.24)
И = 2Х^-	,	(4.1.25)
а
а также производя замену переменных у =z/H и dy = dz / dH, получим:
-т„)
мя=~^2	Jz1+>lexpzdz.
н	о
(4.1.26)
В табл. 4.1.7 приведены значения интеграла, входящего в выражение (4.1.26) для некоторых марок стали при Тц = 1500 °C.
Для определения сил, действующих на ролики участка правки при выпрямлении неполностью закристаллизовавшегося сляба, необходимо учитывать жидкую фазу. Кроме того, должна быть учтена жесткость конструкции роликовых секций, в результате чего про
4.1.6. Значения констант Pi, ц и X, входящих в формулу (4.1.19), для различных сталей
Сталь (марка стали)	Р1	Ц	X
Углеродистая с содержанием углерода 0,2 %	21 905	0,2000	0,00400
Низколегированная (10Г2)	11 348	0,1454	0,00375
Жаростойкая ферритная (типа XI7)	30 983	0,1580	0,00440
Жаростойкая аустенитная (типа 12Х18Н9)	52 313	0,1475	0,00450
Конструкционная легированная (ЗОХНЗ)	14 564	0,1413	0,00364
Конструкционная легированная (30ХМФА)	22 478	0,1514	0,00416
Аустенитная (типа 4Х14Н14В2М)	72 912	0,1629	0,00440
Ч^-Тп)
4.1.7. Значение интеграла J expz dz в формуле (4.1.26) 0
Сталь (марка стали)	Температура поверхности широкой грани сляба Гп, °C				
	800	900	1000	1100	1200
Углеродистая с содержанием углерода 0,2 %	35,661	18,488	9,057	4,079	1,604
Низколегированная (10Г2)	26,313	14,059	7,106	3,308	1,349
Жаростойкая ферритная (типа Х17)	53,097	26,770	12,779	5,624	2,169
Жаростойкая аустенитная (типа 12Х18Н9)	58,543	29,303	13,895	6,079	2,333
Легированная (ЗОХНЗ)	22,879	12,362	6,318	2,974	1,226
Легированная (35ХМФА)	41,113	21,186	10,334	4,645	1,830
Аустенитная с карбидным упрочнением	(типа 4Х14Н14В2М)	53,284	26,845	12,804	5,629	2,169
ВТОРИЧНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СЛЯБОВ
147
исходит перераспределение сил между роликами. С учетом этих факторов разработаны методики расчета сил, действующих на ролики участка правки [2]. Для приближенной оценки силы Ри/ можно воспользоваться соотношением
М
РЯ1=Лр^-,	(4.1.27)
*п
где Ар - коэффициент, учитывающий жесткость роликового аппарата и ряд (верхний или нижний), к которому принадлежит ролик; Мя - расчетный изгибающий момент при правке полностью закристаллизовавшегося сляба; - шаг правки.
При постоянной рабочей скорости разливки можно рекомендовать следующие значения коэффициента Ар, исходя из оценки жесткости реальных конструкций роликовых секций:
0,3 -г 0,5 - для роликов верхнего ряда;
0,5 -г 0,7 - для роликов нижнего ряда.
4.1.5.	ВТОРИЧНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ СЛЯБОВ
Подача воды или водовоздушной смеси. После выхода из кристаллизатора сляб охлаждается благодаря излучению и контакту с направляющими устройствами машины. Однако
этого недостаточно и обычно на длине, равной 70 - 75 % протяженности жидкой фазы, широкие грани сляба подвергают воздействию воды или водовоздушной смеси, распыляемой через форсунки. Узкие грани сляба дополнительно охлаждают только на длине 1,5 - 2 м ниже кристаллизатора.
Регулирование интенсивности вторичного охлаждения. Для удобства регулирование подвода охладителя и интенсивность его подачи осуществляют по зонам, распределенным вдоль технологической линии.
Водо воздушное технологическое охлаждение по сравнению с водяным позволяет обеспечить более равномерную температуру поверхности сляба и имеет более широкий диапазон регулирования. Соотношение объемных расходов воды и воздуха обычно выбирают от 1 : 10 до 1 : 50.
Управление расходом воды по зонам осуществляют автоматически в функции скорости разливки с учетом разливаемой марки стали и поперечного сечения сляба. При этом на границах зон стремятся не допускать местного повышения температуры поверхности сляба или резкого переохлаждения.
Оборудование. Для охлаждения водой или водовоздушной смесью используют разнообразные круглофакельные и плоскофакельные форсунки (рис. 4.1.19).
020
а)
Рис. 4.1.19. Конструктивное исполнение форсунок: а - плоскофакельное; б - круглофакельное
148
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Угол раскрытия факела у различных форсунок составляет 60 - 120 °C. Для водяных форсунок используют давление воды 0,2 - 0,5 МПа.
Затвердевание и охлаждение сляба. При рассмотрении тепловых задач затвердевания и охлаждения непрерывнолитого сляба в МНЛЗ используют дифференциальное уравнение теплопроводности [4, 7]
рс(г)®
(4.1.28)
где р - плотность металла; с(7) - удельная теплоемкость; Т - температура; т - время; Х(7) - теплопроводность; qy - удельная плотность источников теплоты, характеризующая процесс выделения теплоты при кристаллизации стали и представляемая в виде
4V = Р£ф(^).	(4.1.29)
где £ф - удельная теплота плавления стали; ц/т - относительное количество твердой фазы в 2-фазной зоне интервала кристаллизации стали.
Относительное количество ц/т твердой фазы в интервале температур затвердевания определяют по темпу кристаллизации, приближенное значение которого равно:
дУт 1
дТ Тя - Тс ’
(4.1.30)
где Тл и Тс - температуры соответственно ликвидуса и солидуса стали.
С учетом (4.1.29) и (4.1.30) уравнение (4.1.28) трансформируется в уравнение
_ г Эч'Лзт

(4.1.31)
для однозначного решения которого должны быть заданы начальные и граничные условия, например, для поверхности широкой грани сляба в виде граничных условий III рода:
= _“(Т)(ГП “ Гс₽)>	(4132)
где а(т) - временная зависимость коэффициента теплоотдачи в роликовой зоне; Тп - температура поверхности сляба; Тср - температура окружающей среды.
Чтобы обеспечить заданное изменение коэффициента теплоотдачи по длине линии технологическогр вторичного охлаждения для отдельных секций необходимо назначать конкретные удельные расходы воды, которые создают условия для выхода на рекомендуемые тепловые режимы. Эти режимы в зависимости от химического состава стали могут быть аппроксимированы следующими выражениями для температуры середины поверхности широкой грани сляба:
для низкоуглеродистых (С < 0,1 %), электротехнических, низколегированных (С < 0,1 %), коррозионно-стойких (аустенитных) сталей
ТП1 = ехр(6,986 - 0,01663т + 0,2874 / т +
+ 0,000388т2 - 0,1290 / т2);
(4.1 33)
для углеродистых, трубных, низколегированных (С > 0,1 %) , легированных сталей
ТП2 = ехр(7,009 - 0,01292т + 0,2484 / т +
+ 0,000287т2 - 0,1324 / т2);
(4.1.34)
для высокоуглеродистых, коррозионно-стойких (ферритных и мартенситных) сталей
Тпз = ехр(7,070 - 0,01130т + 0,1062 / т +
+ 0,000224т2 - 0,0511 / т2);
(4.1.35)
в этих формулах т - время нахождения в зоне вторичного охлаждения, мин.
Экспериментальные исследования форсуночного охлаждения сляба показали существенную зависимость коэффициента теплоотдачи от плотности орошения поверхности. В явном виде получить такую зависимость достаточно сложно. Статистическая обработка результатов опытов при роликофорсуночном охлаждении дает возможность получить изменения взаимосвязанных значений плотностей орошения поверхности сляба по внутреннему и наружному радиусам и коэффициента теплоотдачи.
Например, при отливке слябов из углеродистых сталей, чтобы получить близкое к рекомендуемому изменение температуры по уравнению (4.1.34), используют следующие зависимости:
ЗАТРАВКА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ С НЕЙ
149
gr = [0,0748 +1,96 ехр(-0,288т )]у^-,
(4.1.36)
gR = [0,1640 +1,83 ехр(-0,275т)]^^, гае gr и gR - удельные расходы воды для широких граней сляба соответственно по его внутреннему и наружному радиусам, л/(м2 • с); т - время нахождения сляба в зоне роликофорсуночного охлаждения, мин; v - рабочая скорость литья, м/мин; v = 1 м/мин.
Соответствующий этим плотностям орошения коэффициент теплоотдачи равен
а(т) = ехр(4,97 + 0,337v) +
+ ехр(5,36 + 0,592v - 0,210т).
(4.1.37)
Если при решении уравнения (4.1.31) с граничными условиями (4.1.32), в которых используют значение а(т), найденное по выражению (4.1.37), функциональная зависимость температуры от времени будет значительно отличаться от рекомендуемой по соотношению (4.1.34), следует откорректировать значение таким образом, чтобы обеспечить приемлемое совпадение этих температур. Соответствующие изменения необходимо внести в соотношения для плотностей орошения.
Аналогично можно рассчитать расходы воды по эонам в случае отливки слябов из сталей других марок.
4.1.6.	ЗАТРАВКА И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ОПЕРАЦИЙ С НЕЙ
Назначение и устройство затравки. Для начала процесса литья сляба на МНЛЗ используют затравку, заводимую в кристаллизатор снизу или сверху и состоящую из головки и тела. Головка имеет фигурный паз и образует временное дно в кристаллизаторе. Тело затравки, контактируя с приводными устройствами зоны вторичного охлаждения, обеспечивает вытягивание затравки и формирующегося в кристаллизаторе сляба.
Несмотря на свою вспомогательную роль, конструкция затравки в значительной мере определяет ’ конструктивное оформление поддерживающего и направляющего аппарата технологической линии машины.
На зарубежных МНЛЗ в большинстве случаев используют цепную затравку с постоянной толщиной звеньев тела. Удерживание и перемещение затравки в технологической линии осуществляется в результате прижима приводных роликов к телу затравки гидравлическими цилиндрами.
На слябовых МНЛЗ конструкции ПО "Уралмаш” тело затравки выполняют изменяемым по толщине благодаря продольному расположению внутри звеньев затравки пневматических камер, надуваемых после заведения затравки в машину сжатым воздухом давлением 0,4 - 0,5 МПа (рис. 4.1.20). Это исключает
Рис. 4.1.20. Гибкая пневматическая затравка конструкции ПО "Уралмаш”:
1 - головка затравки; 2 и 5 - полузвенья тела затравки верхнее и нижнее;
3 - пневматические камеры; 4 - пружины сжатия
150
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
необходимость изменения расстояния между приводными роликами в процессе прохождения затравки и сляба и позволяет заводить затравку в машину сверху через полость кристаллизатора, так как при отсутствии давления в камерах ее тело на 50 - 65 мм меньше расстояния между широкими стенками кристаллизатора. Конструкция роликовой зоны МНЛЗ при этом значительно упрощается.
Заведение затравки в кристаллизатор осуществляется специальной тележкой с направляющим рольгангом, перемещающейся по разливочной площадке от исходной позиции в конце роликовой зоны вторичного охлаждения после расцепления затравки и сляба с помощью механизма отделения и последующего подъема затравки на эту тележку.
Расчет параметров пневматической затравки (рис. 4.1.21) проводят при рассмотрении нескольких последовательных ее положений, начиная от момента размещения головки затравки в кристаллизаторе. Для условий удержания и вытягивания при некоторых допущениях могут быть записаны следующие выражения
Д/у = (miiLF3 + min/фр + miiLF3p) -
-	(maxGt + (73cosac + maxFKp) > 0;
(4.1.38)
= (min6rc + (73cosac + miniy -
-	(maxFKp + шахГфр + maxF3p) > 0,
(4.1.39)
где ДРу и ДРВ - запасы сил для надежных удержания затравки и сляба и вытягивания сляба; силы: F3 - сцепления тела затравки с приводными роликами; 7*фр - сопротивления протягиванию сляба через роликовую зону, возникающая от ферростатического давления его жидкой фазы; 7^р - сопротивления протягиванию сляба через холостые ролики, возникающая от распорной силы камер затравки; FKp ~ сопротивления вытягиванию сляба из кристаллизатора; Gc и G3 - веса, соответственно сляба и затравки; Ос - угол между вертикалью и касательной к телу затравки в центре ее тяжести. В соответствии с уравнениями (4.1.38) и (4.1.39) при расчете выбирают соответственно минимальное и максимальное значения веса сляба и коэффициентов трения, входящих в силы F3, F3p и 7*фр.
Для режима удержания затравки в роликовой зоне значения составляющих 7*фр, Gc и FKp равны нулю, а составляющие F3 и F3p берут одного знака.
Для составляющих сил, входящих в выражения (4.1.38) и (4.1.39), можно записать:
Рис. 4.1.21. Схема к расчету затравка:
1 - кристаллизатор; 2 и 3 - соответственно неприводные и приводные ролики дугового участка;
4 - сляб; 5 - головка затравки;
6 - пневматические камеры тела затравки
= Ркз Нр ^2- = Д>з Ир
(4.1.40)
Ркз - распорная сила, от камер затравки; р - давление сжатого воздуха в камерах затравки; т - число камер в теле затравки; и £аз - активная ширина и длина камеры затравки; цр - коэффициент сцепления тела затравки с роликами; п и лпр - числа роликов одного ряда, контактирующих с телом затравки, соответственно общее и приводных.
Если один ряд роликов технологической зоны МНЛЗ полностью неприводной, то
(п - ппп 1
~	+ И,	(4.1.41)
гДе f3p - приведенный коэффициент трения роликов по телу затравки;
_	(а + />)£?
^к.р = З^фкИкр = 2?	“ Нкр>
(4.1.42)
УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРЕЗКИ СЛЯБОВ
151
где РфК - сила от ферростатического давления, действующая на узкую и широкую стенки кристаллизатора; цкр = 0,5 - 0,6 - коэффициент трения между слябом и стенками кристаллизатора; £а - активная длина кристаллизатора;
^фр = 2Рфр/*Ср =	=
= Н j ^-£кр/ср,	(4.1.43)
где Рфр - сила от ферростатического давления, действующая на один ряд неприводных роликов (до первого приводного); Нс - расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до центра тяжести площади широкой грани сляба в пределах роликовой зоны (до первого приводного ролика); L^p - длина роликовой зоны от нижнего торца кристаллизатора до первого приводного ролика; fcp - приведенный коэффициент трения сляба по ролику роликовой зоны МНЛЗ.
Конкретные значения коэффициентов Цр, Лр и Уср принимают следующими: коэффициент при использовании стали для тела затравки равен 0,1 - 0,2; при использовании на теле затравки титановых накладок 0,25 -0,4; приведенные коэффициенты трения fcp = = 0,015 - 0,1 и^р = 0,03 - 0,05.
4.1.7.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРЕЗКИ СЛЯБОВ
Машины газовой резки (МГР) применяют для резки непрерывно-литого сляба на мерные длины в технологическом потоке МНЛЗ. Преимущества МГР - значительно меньшие габаритные размеры и масса оборудования, чем у
гидравлических ножниц с насосно-аккумуляторной станцией, но применение МГР приводит к значительным потерям металла, требует организации уборки шлама и улавливания вредных газовых выделений, а также сопровождается шумом.
Обычно МГР (рис. 4.1.22) размещают за рольгангом для уборки затравки и обеспечивают ее перемещение по рельсовому пути на эстакаде 1 вдоль каждого ручья МНЛЗ. Во время рабочего хода МГР движется вместе со слябом, сцепленная с ним специальными захватами 4, для которых приводом является пневмоцилиндр. Возврат МГР в исходное положение осуществляется электроприводом через реечную передачу.
Резку сляба обычно проводят двумя резаками 5 при их встречном движении со скоростью 40 - 600 мм/мин. Резаки имеют также вертикальное перемещение от электроприводов 3 со скоростью до 350 мм/мин.
На раме 2 МГР располагают щиты с газораспределительной аппаратурой, подвод энергоносителей к МГР осуществляется гибкими шлангами и кабелем.
Обычно для разрезки слябов из углеродистых сталей используют кислород чистотой не менее 99,5 % и давлением 1,8 МПа. В качестве горючего газа применяют природный газ или ацетилен.
Гидравлические качающиеся ножницы (рис. 4.1.23) в отличие от МГР обеспечивают безотходную разрезку слябов из любой стали практически на любые мерные длины. Но их большие габаритные размеры и стоимость не обеспечивают им широкого применения.
В табл. 4.1.8 приведены основные технические характеристики гидравлических качающихся ножниц конструкции ПО "Уралмаш", спроектированных для одноручьевых МНЛЗ.
Рве. 4.1.22. Машина газовой резки слябов
152
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.1.23. Гидравлические качающиеся ножницы для МНЛЗ НТМК
4.1.8. Технические характеристики гидравлических ножниц, установленных в технологических линиях МНЛЗ различных комбинатов
Параметр	Место установки линии		
	НТМК	Амурсталь	чмк
Разрезаемый сляб: максимальное сечение (толщина х ширина), мм	250 х 1800	200 х 1500	170 х 1550
мерная длина, м	1,75 - 3,0	2,5 - 4,5	2,0 - 4,1
скорость движения, м/мин	0,2 - 1,6	0,2 - 1,5	0,2 - 2,0
материал	Углеродистая сталь		Легированная сталь
расстояние от мениска металла в кристаллизаторе до ножниц, м	27,3	28,3	25,0
расчетное (среднее по сечению сляба) сопротивление деформации, МПа	70	75	100
Рабочий цилиндр:			
число цилиндров		2	
диаметр плунжера, мм	800	710	900
ход плунжера, мм	400	350	290
давление, МПа		32	
суммарная сила на штоках, МН	30	I	1 25 1	1 37
ПРИВОДЫ МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ 153
Продолжение табл. 4.1.8
Параметр	Место установки линии		
	НТМК	Амурсталь	ЧМК
Цилиндры прижима и обратного хода:			
число цилиндров	2 + 2	1 + 1	1 + 2
диаметр плунжера, мм	220		220 / 160
ход плунжера, мм	300 / 400	320 / 430	
давление, МПа		32	
Цилиндр механизма качания:			
диаметры штока / цилиндра, мм	220 / 360	180 / 280	160 / 280
ход поршня, мм	530	600	-
давление, МПа		10	
Скорость резания, мм/с		80	
Масса ножниц, т	304	|	212	|	250
Примечание. НТМК - Нижне-Тагильский металлургический комбинат; ЧМК - Челябинский металлургический комбинат.
Для определения сил резания ножниц используют расчетную зависимость
Р=^аЬ,	(4.1.44)
V3
ще Oj, сопротивление деформации (эквивалентное значение) марки стали, заданное в функции температуры, степени и скорости деформации (резания) [5]; а, Ь - соответственно толщина и ширина сляба.
При численном решении задачи затвердевания сляба (см. п. 4.1.5) для заданной дискретности разбиения его сечения определяют температуру в момент реза в узлах сетки, по которой, на основании суммирования сопротивлений деформации каждой z-й ячейки, заданных в функции степени и скорости деформации, уточняют силу резания по уравнению (4.1.44).
4.1.8.	ПРИВОДЫ МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
Требования к электромеханическим приводам МНЛЗ - высокие надежность, компактность, монтажная готовность и КПД. Рассмотрим некоторые особенности привода основных устройств МНЛЗ [1].
Привод поворотного стенда для сталеразливочных ковшей состоит из дифференциального и планетарно-конического редукторов. Он предназначен для разворота стенда из рабочей в резервную позицию. При аварийном
отключении электроэнергии, кроме электродвигателя в системе привода предусматривается пневмодвигатель. Смазывание вертикального планетарно-конического и дифференциального редукторов привода - циркуляционное жидким смазочным материалом.
Приводы тележки для промежуточных ковшей. Тележка, как правило, имеет приводы механизма передвижения, механизма подъема промежуточного ковша, и иногда, управления шиберными затворами ковша.
Привод механизма подъема промежуточного ковша содержит червячно-винтовые механизмы, синхронизированные соединительными валами.
Привод управления шиберными затворами промежуточных ковшей выполняют в виде планетарных мотор-редукторов и карданных соединений. Система сельсинов обеспечивает слежение за расположением выпускного отверстия в шиберной плите.
Приводы роликов направляющего и поддерживающего аппарата во многом определяют надежность работы оборудования МНЛЗ.
При выборе приводов роликов МНЛЗ и транспортных рольгангов, расположенных за машиной, предпочтение следует отдавать индивидуальному приводу перед групповым приводом, так как в последнем всегда имеет место циркулирующая мощность в замкнутом силовом контуре.
Привод роликов обычно состоит из электродвигателя, муфты, планетарного редуктора и промежуточного соединения.
154
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.1.24. Шпиндельное соединение с бочкообразными роликами
Муфты с торообразным упругим элементом снижают динамику в переходных режимах, обладают высокой долговечностью (до 5 • 104 ч) и не требуют дополнительного ухода.
Проектировочный расчет силовой планетарной передачи (ГОСТ 21354-87) распространяется на схему 2К-Н (тип А) со стальными эвольвентными прямозубыми зубчатыми колесами, соответствующими исходному контуру по ГОСТ 13755-81. Модуль передачи 1 мм и более по ГОСТ 9563-60. Она работает со смазкой в закрытом корпусе с относительной окружной скоростью в зацеплении не более 25 м/с при температуре окружающего воздуха -40 - +50 °C и выполнена со степенью точности 6-В или 7-В (ГОСТ 1643-81) при смещении координат сателлитов в водиле от номинального положения, мм: ±0,01 для межосевого расстояния aw £ 300 мм; ±0,02 для aw > 300 мм.
В качестве промежуточных соединений в приводах роликов используют карданные валы и шпиндельные соединения (рис. 4.1.24). Необходимо, чтобы промежуточные соединения компенсировали радиальные, угловые и осевые перемещения соединяемых роликов и выходных валов редукторов.
Головка шпиндельного соединения передает крутящий момент через бочкообразные ролики, установленные в пазах промежуточного вала.
4.1.9.	ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ
Назначение электропривода и систем автоматизации. Электропривод и системы автоматизации МНЛЗ обеспечивают в соответствии с заданной технологией разливки стали взаимосвязанную работу механизмов и необходимые технологические параметры. Кроме того, системы автоматизации обеспечивают: оптимальное ведение процесса с целью повышения качества литого сляба, повышения выхода годного и увеличения фонда рабочего времени;
повышение степени информированности обслуживающего персонала о процессе и состоянии оборудования МНЛЗ.
Современная концепция построения электропривода и систем автоматизации МНЛЗ основана на трехуровневом иерархическом принципе (рис. 4.1.25).
На нижнем уровне, где находятся исполнительные механизмы, в том числе силовой электропривод и датчики, происходит сбор и обработка информации, а также отработка управляющих воздействий.
На среднем уровне - базисном - решается задача локальной автоматизации, обеспечивается регулирование и блокировки, формируются управляющие системы для нижнего уровня.
На верхнем уровне реализуют задачи управления МНЛЗ в целом.
Электроприводы МНЛЗ, к которым предъявляются высокие требования по надежности, относятся к нижнему уровню управления. Их подразделяют на три группы, каждая из которых обеспечивает:
1	- движение сляба по технологической линии МНЛЗ с технологической скоростью;
2	- перемещение отдельных механизмов;
3	- работу гидравлического оборудования и оборудования для смазывания.
Логику управления электроприводами и путевую автоматику реализуют с помощью программируемых контроллеров базисного уровня. Основные решения по конструкции силового электропривода современной слябо-вой МНЛЗ приведены на рис. 4.1.26.
Приводы отдельных устройств и механизмов МНЛЗ. В приводе поворота стенда для сталеразливочных ковшей обязательно применяют два электромеханических привода, как правило, с двигателями с фазным ротором серии МТН, работающих совместно. В аварийном режиме предусмотрена возможность работы одним приводом или от встроенного дополнительного пневмомотора. Для ограничения ускорения стенда и позиционирования шиберного затвора над промежуточным ковшом, используют тиристорную станцию управления ТСЦ-2.
Перемещение тележек с промежуточными ковшами осуществляется от электродвигателей с фазным ротором серии МТН, а подъем ковшей - от
Нижний уровень	базисный уровень Верхний уровень
Программируемые контроллеры Исполнительные механизмы
Датчики
Механо-одоридавание
Разливочный стенд промкова
Тоудопро- Приводы Кристал-
дения. одо± измери-рштания тельный ХОролик^ ролик
Измерительная затравка
Ролики
МИЛЗ
Механизм перест- Машина ройки газовой кристал- резки лизатор
Ролгати МрТщйк
Электромагнитный пере-мешида-мель
Рис. 4.1.25. Структурная схема управлением МНЛЗ:
ЗУ и ЗВО - зоны соответственно управления и вторичного управления; "конфигурация" - последовательность прохождения слябом позиций технологической линии МНЛЗ
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ 155
Ch
Стенд разливочный
Тележка пропкобша
Шиберный за
U
Е
Транспортные рольганги
М I
AU
Е
О\
Машина газовой резки Лли
Приемные рольганги
I	&—
I М2 М
Кристаллизатор механизм перфещения ЛИ SC
%dm
п
мм
е„ г
\|М6	Ж2
МАО
UV
R&
Рольганг ^IMZTtqiM^ опускающий
Мехшизн ил
Р Роликовая зона
,ф.Ъ) 0 QiQXPiQ. m®
Рис. 4.1.26. Функциональная схема электроприводов МНЛЗ
Глава 4.1. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СЛЯБОВ 157
асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором серии МТКН. На тележке размещают по два двигателя каждого назначения. В аварийном режиме возможна работа от одного двигателя с пере1рузкой. Питание двигателей - от тиристорных станций ТСУ-2 (предусматривается переключение на питающую сеть).
Для точного позиционирования вращающейся плиты шиберного затвора промежуточного ковша используют двигатель постоянного тока Д12У2 с комплектным тиристорным преобразователем серии КТЭ.
Для механизма качания кристаллизатора устанавливают тихоходные двигатели постоянного тока индивидуального исполнения с принудительной вентиляцией (типа - П2Р или МП2) и комплектным тиристорным преобразователем. Основное требование к управлению - обеспечение минимальной динамической ошибки (до 5 %) по поддержанию скорости при синусоидальном законе движения.
Перестройку узких стенок кристаллизатора проводят от двух электродвигателей постоянного тока. В зарубежной практике для этих целей чаще применяют гидромоторы.
Для привода роликов зоны вторичного охлаждения используют двигатели постоянного тока металлургического исполнения серии Д с естественной вентиляцией, выбираемых с запасом по моменту для возможности выдачи захоложенного сляба. Питающий преобразователь приводов роликовой зоны резервируется на 100 %.
Для приемных рольгангов, как правило, используют регулируемые приводы постоянного тока. При применении нерегули-руемых приводов переменного тока, работающих в повторно-кратковременном режиме, обычно устанавливают двигатели серии МТ или рольганговых серий АР и 2АР.
Электропривод смазочных систем и насосных станций комплектуют двигателями переменного тока общепромышленной серии 4А.
В качестве датчиков путевой автоматизации применяют конечные выключатели серии ВП16, командоаппараты серии КА4600, датчики магнитогерконовые серии ДПМГ, выключатели ВПФ11, фотореле ФШ и др.
Функциональный состав технологической автоматизации МНЛЗ в отечественной и зарубежной практике [6]:
измерение массы металла в сталеразливочном ковше;
отсечка шлака в сталеразливочном ковше;
стабилизация уровня металла в промежуточном ковше;
измерение температуры металла в ковшах;
стабилизация уровня металла в кристаллизаторе;
управление расходом воды на охлаждение кристаллизатора;
управление подачей шлакообразующих смесей в кристаллизатор;
перестройка кристаллизатора на различную ширину сляба в процессе разливки;
управление расходом воды и воздуха по секциям зоны вторичного охлаждения;
управление мерным раскроем сляба; управление скоростью разливки;
диагностика состояния оборудования МНЛЗ;
проверка настройки технологической линии с помощью измерительной затравки;
предупреждение возможного прорыва металла из кристаллизатора;
клеймение сляба;
прогнозирование и управление качеством сляба;
наблюдение и контроль за параметрами технологического процесса.
Характеристики некоторых систем автоматизации, реализуемых на базисном уровне. В системах взвешивания сталеразливочного ковша на стенде применяют либо тензорезисторные датчики или магнитоанизотропные датчики сил, обеспечивающие точность взвешивания до 0,7 %.
Стабилизацию уровня металла в промежуточном ковше реализуют либо с помощью термопар, встроенных в футеровку, либо с помощью весоизмерительных датчиков с точностью регулирования ±25 мм.
Для измерения температуры металла в промежуточном ковше используют термоизмерительные зонды со сменными термопарами. Точность измерения ±5 °C в диапазоне температур 1520 - 1560 °C.
Измерение уровня металла в кристаллизаторе (рис. 4.1.27). Наибольшее распространение получили радиоактивные датчики с источником Со-60, излучение которого фиксируется приемником, с обеспечением точности измерения ±5 мм.
На зарубежных МНЛЗ применяют токовихревые датчики уровня, датчики инфракрасного излучения, поплавковые датчики, встроенные в стенку кристаллизатора термопары, и т.д.
Управление вторичным охлаждением сляба на отечественных МНЛЗ реализовано на базисном уровне с помощью пропорционального регулирования, а на верхнем уровне - с использованием математического моделирования процесса охлаждения.
158
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рас. 4.1.27. Схемы измерения уровня металла в кристаллизаторе методами: а - радиоактивным; б - токовихревым;
в - электромагнитным; г - поплавковым; д - инфракрасного излучения; е - температурным;
1 - промежуточный ковш; 2 - шиберный затвор;
3 - источник излучения; 4 - счетчик излучения;
5 - кристаллизатор; 6 - сляб;
7 - измерительная катушка; 8 - катушка возбуждения; 9 - приемная катушка; 10 - следящая система;
11 - датчик; 12 - световой датчик измерения уровня металла в кристаллизаторе; 13 - токовихревой датчик; ДИ - диапазон измерения уровня металла
Дефектоскопию поверхностных дефектов на слябе на зарубежных МНЛЗ осуществляют, либо контролируя температурное излучение сляба, либо используя токовихревые методы.
Предупреждение возможного прорыва металла из кристаллизатора на отечественных МНЛЗ реализовано за счет измерения режимов вытягивания слитка из кристаллизатора. За рубежом используют акселерометры, анализаторы траектории движения кристаллизатора, термопары, встроенные в стенки кристаллизатора, и т.д.
Разрезку сляба на мерные длины и слежение за его движением по машине реализуют на базе импульсных датчиков пути.
Предпусковую диагностику МНЛЗ проводят с помощью измерительной затравки и опросом систем электропривода о готовности к разливке. Во время разливки анализируют отклонения от предельных параметров и характер токовых нагрузок роликов зоны вторичного охлаждения (ЗВО).
Верхний уровень автоматизации. На верхнем уровне автоматизации, как правило, реализуют следующие функции:
наблюдение за технологическим процессом и координация отдельных его фаз;
управление технологией разливки;
модели процесса;
контроль качества;
сбор и хранение данных.
При выходе из строя ЭВМ верхнего уровня оператор управляет процессом через контроллеры базисного уровня, за рубежом базисный уровень автоматизации выполняют на однотипных прохраммируемых контроллерах (например, Simatic-55 фирмы Simens), связанных между собой и с верхним уровнем, реализованном на мини-ЭВМ Sicomp М60 магистральной шиной (см. рис. 4.1.25).
На верхнем уровне находится управляющий вычислительный комплекс микроЭВМ СМ1810.
Базисный уровень автоматизации. В отечественных МНЛЗ на базисном уровне автоматизации используют контроллеры "Ремиконт", микроЭВМ СМ 1810, контроллеры "Дими-конт", для систем автоматизированного электропривода - контроллеры МУ-56.02.
Управление работой МНЛЗ осуществляют с нескольких постов управления - центрального поста ПУ1, поста ПУ2 в районе МГР и поста ПУЗ в районе участка уборки слябов. Предусмотрен также вывод информации на крупногабаритное табло на разливочной площадке и на видеотерминалы рабочих мест дежурного электрика и смазчика.
Для оператора центрального ПУ1 предусмотрены три режима работы и управления МНЛЗ:
автоматический с оптимизацией управления разливкой с помощью ЭВМ верхнего уровня;
автоматизированный при управлении от локальных систем;
дистанционный при управлении оператором.
Информацию оператор ПУ1 получает на дисплее, работая с ЭВМ в диалоговом режиме, а также с цифровых и стрелочных приборов или с экранов промышленного телевидения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Марголин 1П. М. Электропривод машин непрерывного литья заготовок. М.: Металлургия, 1987. 287 с.
2.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, А. А. Королев и др. М.: Металлургия, 1987. 321 с.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
159
3.	Непрерывная разливка стали на радиальных установках / В. Т. Сладкоштеев, Р. В. Потанин, О. Н. Суладзе, В. С. Рутес. М.: Металлургия, 1974. 288 с.
4.	Нисковских В. М., Карлинский С. Е., Беренов А. Д. Машины непрерывного литья слябовых заготовок. М.: Металлургия, 1990. 320 с.
5.	Полухин П. И., Гун Г. Я., Галкин А. М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1983. 352 с.
6.	Современное состояние автоматизации МНЛЗ: Обзорная информация / А. Л. Вишняк, В. А. Карлик, Е. Г. Клейман и др. М.: Информприбор, 1989. Вып. 6. 60 с.
7.	Тепловые процессы при непрерывном литье стали / Ю. А. Самойлович, С. А. Круле-вецкий, В. А. Горяйнов, 3. К. Кабаков. М.: Металлургия, 1982. 152 с.
Глава 4.2
МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
4.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Различия слябовых и сортовых МНЛЗ. Машины непрерывного литья сортовых заготовок, по сравнению со слябовыми машинами, имеют конструктивные и компоновочные отличия на всем протяжении ручья - от кристаллизатора до режущего устройства, - которые обусловлены различными количествами теплоты, отводимой от кристаллизующейся заготовки, и массами металла, транспортируемыми по ручью (табл. 4.2.1). Ручьи машины для литья сортовых заготовок компонуют из менее металлоемкого и более простого по конструкции оборудования.
4.2.1. Сравнительные характеристики слябовых и сортовых МНЛЗ
Отличительный признак	МНЛЗ	
	слябовая	сортовая
Число ручьев	1 - 2	1 - 6, 8
Конструкция кристаллизатора	Сборная, имеет настройку размера заготовки по ширине в значительных пределах	Гильзовая или сборная, рассчитанная на один типоразмер заготовки
Длина зоны принудительного охлаждения	Большой протяженности от кристаллизатора до тянущих клетей или режущего устройства	Протяженность тем меньше, чем меньше сечение заготовки
Направляющие ролики в зоне вторичного охлаждения	Цельные, многоопорные бан-дажированные с внутренним и наружным охлаждением	• Цельные с наружным охлаждением
Затравка	Гибкая типа цепи или короткая надувная с подачей сверху и снизу	Гибкая типа цепи, жесткая или комбинированная, в основном с подачей снизу
Смазка кристаллизатора	Шлаковая смесь	Масло (рапсовое, парафин и др.) для заготовок малого сечения и шлаковая смесь для заготовок большого сечения
Режущее устройство	Установка газовой резки	Гидравлические и электромеханические	ножницы, машины импульсной резки, дисковые пилы, разрезка абразивными кругами, установки газовой резки
160
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Участки. На МНЛЗ из жидкой стали получают заготовки квадратного, прямоугольного или круглого профиля бесконечной длины, которые после разрезки на мерные длины используют в прокатном производстве.
В процессе непрерывного литья сталь в пределах машины находится в различных агрегатных состояниях - жидком, кристаллизующемся и твердом.
В соответствии с этим сталь проходит через три последовательно расположенных участка МНЛ - разливочную площадку, ручьи и участок разрезки и уборки заготовок.
Оборудование разливочной площадки предназначено для транспортирования жидкой стали к ручьям МНЛЗ, обеспечения замены сталеразливочных и промежуточных ковшей при разливке способом "плавка на плавку" и защите жидкой стали от вторичного окисления.
Вследствие низкой стойкости огнеупорных материалов оборудование разливочной площадки требует частой замены, в большей степени подвержено аварийности и, в меньшей степени, - автоматизации по сравнению с оборудованием других участков МНЛЗ.
Однако эти недостатки не являются сдерживающим фактором для наращивания производительности МНЛЗ даже в случаях разливки стали на многоручьевых машинах из ковшей большой вместимости.
Ручьи состоят из охлаждающего и транспортирующего заготовку оборудования, смонтированного по технологической оси машины - кристаллизаторы, роликовые секции с системой вторичного охлаждения и тянущеправильные устройства.
В кристаллизаторе жидкая сталь формируется в заданную форму с образованием твердой внешней оболочки, толщина которой растет по мере перемещения заготовки по ручью. На пфти от кристаллизатора до режущего устройства жидкая сталь полностью затвердевает.
По способу отбора теплоты ручей по длине подразделяют на три зоны. В первых двух зонах охлаждение принудительное, в третьей - свободное, на воздухе. Теплота, выделяемая сталью при затвердевании в кристаллизаторе, отводится водой, нагревающейся при омывании рабочих стенок кристаллизатора (первичное охлаждение). Непосредственно за кристаллизатором теплота отводится от заготовки в результате парообразования воды, подаваемой на поверхность заготовки форсунками (вторичное охлаждение); за пределами зоны вторичного охлаждения (ЗВО) - лучеиспусканием и конвекцией.
Оборудование в верхней части ручья, эксплуатируемое в условиях высокой температуры, является сменным. Замене подвергают кристаллизатор и направляющие устройства. В ЗВО оборудование меняют из-за износа, деформации или залива металлом при авариях -
прорывах жидкой стали под кристаллизатором. В обороте находится не менее чем три комплекта на каждый ручей: один комплект эксплуатируют (установлен в ручье), второй находится в готовности для замены, третий - в ремонте.
Оборудование участка разрезки и уборки заготовок аналогично оборудованию, применяемому в прокатном производстве. Оно конструктивно хорошо отработано и имеет высокую степень автоматизации.
Заготовки на транспортной линии охлаждаются в потоке на воздухе. При движении они могут подвергаться периодической кантовке для равномерного охлаждения.
Наряду с полным охлаждением заготовок перед складированием все более широко применяют способы охлаждения на ручье, • при которых заготовки выдаются из машины с максимально возможным содержанием теплоты. Это позволяет экономить энергию при дальнейшем переделе (горячая садка, прямая прокатка и литейно-прокатные агрегаты) [4].
4.2.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Классификация МНЛЗ. Конструктивные особенности оборудования ручья определяются размерами поперечного сечения отливаемой заготовки, высотой МНЛЗ и формой технологической оси - траекторией движения заготовки по ручью. С увеличением высоты машины возрастает давление столба жидкой стали (ферростатическое давление) на корку заготовки, что может привести к потере геометрической формы поперечного сечения слитка из-за малой прочности корки. Для сохранения формы сечения заготовки симметрично технологической оси машины жестко устанавливают направляющие устройства, образующие ручей, или канал для перемещения кристаллизующейся заготовки.
С увеличением размеров поперечного сечения заготовки возрастает высота машины и число удерживающих заготовку от выпучивания направляющих устройств.
Классификация МНЛЗ в зависимости от формы технологической оси приведена в табл. 4.2.2. На рис. 4.2.1 дана схема 6-ручьевой сортовой МНЛЗ.
С точки зрения взаимодействия машины с заготовкой наиболее простыми являются МНЛЗ с прямолинейными технологическими осями - вертикальные и горизонтальные, в которых заготовка не испытывает изгибающих нагрузок (табл. 4.2.3).
Расчет параметров МНЛЗ. Число ручьев МНЛЗ зависит от вместимости сталеразливочного ковша, размеров поперечного сечения заготовок и марок разливаемых сталей.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК 161
4.2.2. Типы МНЛЗ в зависимости от формы технологической оси			
Разновидность МНЛЗ	Производимые стали	Особенность МНЛЗ	Фирма-поставщик
Вертикальная Ф1	Качественные	Полунепрерывная, используемая при электро-шлаковом переплаве	
	Круглого профиля	С вращением заготовки вокруг своей оси	СЕК, Франция
Вертикальная с изгибом	Качественные	Ограниченно применяются	"Юнайтед	Стейс Стил", США "Инноченти", Италия
Радиальная	Углеродистые, низко- и высоколегированные	Широко применяются	"Демаг", Германия "Конкаст", Швейцария "Даниели", Италия ПО "Южуралмаш" и НПО "ВНИИМетмаш", Россия
Радиальная	с прямым кристаллизатором	Качественные		"Фест-Альпине", Австрия
Криволинейная	Блюмы	С многоточечным разгибом заготовки	
Горизонтальная*2	Качественные	Используются	ковши малой вместимости (5 -10 т)	
- Эксплуатируют МНЛЗ, построенные в 1960 - 1970 гг., а также в 1983 г. (построена фирмой "Бритиш стил").
*2 - МНЛЗ находятся на стадии освоения, их используют как опытные и опытно-промышленные машины.
2
Рис. 4.2.1. Шестиручьевая мелкосортная радиальная МНЛЗ: / - сталеразливочный ковш;
2 - подъемно-поворотный стенд; 3 - промежуточный ковш;
4 - тележка под промежуточный ковш; 5 - кристаллизаторы;
6	- зона вторичного охлаждения;
7	- тянуще-правильная машина;
8	- рольганг;
9	- электромеханические ножницы
6 Зак 10Х
162
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
4.2.3. Воздействие оборудования МНЛЗ на заготовку
Воздействие на заготовку со стороны оборудования МНЛЗ	Разновидность МНЛЗ					
	Вертикальная	Вертикальная с изгибом	Радиальная	Радиальная с прямым кристаллизатором	Криволинейная	Горизонтальная
Вытягивание заготовки из кристаллизатора и направляющих устройств (преодоление сил трения)	+	+	+	+	+	+
Обжатие в тянущих клетях	+	+	+	+	+	+
Изгиб	-	+	-	+	-	-
Выпрямление (изгиб)	-	+	+	+	+	-
Возвратно-поступательное движение кристаллизатора	+	+	+	+	+	-
Производительность МНЛЗ рассчитывают в соответствии с пропускной способностью машины и производительностью сталеплавильного цеха.
Пропускную способность МНЛЗ определяют по формуле
1440 л= - 	(4.2.1)
71 +/2
где 1440 - число минут в сутках; п - число плавок в серии при разливке методом "плавка
на плавку"; Q - средняя масса плавки, т; Ф -фонд времени работы МНЛЗ, сут.; Т\ и Т2 -время соответственно разливки и подготовки МНЛЗ к приему плавки без изменений размеров сечения заготовки в минутах.
Исходными данными при расчете производительности и выборе числа ручьев МНЛЗ обычно являются рекомендации, приведенные в табл. 4.2.4 - 4.2.9, разработанные ГИПРОМЕЗом (Москва).
4.2.4. Стали, используемые для литья на МНЛЗ
Группы сталей	Подгруппы сталей	Номер ГОСТа на сталь	Обозначение группы стали*
Обыкновенного качества	Углеродистые обыкновенного качества	380-94	I
	Низколегированные конструкционные	5781-82	‘ II
	Углеродистые и низколегированные для котлостроения, судостроения, мостостроения и труб	380-94 5520-79 5521-93 6713-91	III
Качественные и высококачествен- ные	Углеродистые и легированные конструкционные	1050-88 4543-71 11269-76	V
	Инструментальные углеродистые, легированные и подшипниковые	1435-90 5950-73	VI
Высоколегированные	Высоколегированные и сплавы для электродов	5632-72	VIII
♦ Обозначения групп сталей соответствуют принятому в нормах технологического проектирования и технико-экономических показателей отделений непрерывной разливки стали.
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК 163
4.2.5. Нормативные скорости (м/мин) разливки	4.2.6. Максимально допустимые
сталей различных групп			продолжительности разливки металла из сталеразливочных ковшей различной вместимости (для групп сталей I - VI, VIII)	
Размер сечения заготовки, мм	Группы сталей			
	I - III	V, VI, VIII		
80 х 80	4,0	3,00		
			Вместимость	Продолжительность
100 х 100	4,0	3,00	стальковша,	разливки, мин, не
125 х 125	3,5		т	более
		2,70		
			12	40
150 х 150	2,5	1,97		
			25	50
200 х 200	2,0	1,50		
			50	60
250 х 250	1,5	1,15		
250 х 320	1,2	0,92	100	75
250 х 360	1,1	0,85	150 и 160	85
300 х 400	1,0	0,77	200	90
300 х 450	0,8	0,61	300	110
4.2.7. Годовой фоцд рабочего времени МНЛЗ
Виды затрат времени	Периодичность выполняемых работ	Годовой фонд времени	
		в сутках	в часах
Профилактический ремонт	8 ч в неделю	13	312
Планово-предупредительный ремонт	2 сут. в месяц	22	528
КапитатТьный ремонт	Один раз в год	12	283
Ликвидация последствий прорывов	1 % разлитых плавок	6,0	144
Замена кристаллизаторов	Через 100 плавок	4,6	ПО
Замена секций вторичного охлаждения	Через 200 плавок	6,5	158
Перестройка машины на другое сечение заготовки	Один раз в месяц	0,5	12
	Итого:	65	1550
Расчетный годовой фонд времени работы МНЛЗ		300 (330)*	7200 (7920)*
Годовой фонд времени		365	8760
Коэффициент использования МНЛЗ		82 %	90 %♦
♦ Увеличение годового фонда эксплуатации МНЛЗ до 330 сут. принимается при создании нового поколения высокопроизводительных автоматизированных установок.
6*
164
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
4.2.8. Число МНЛЗ в отделении цеха с конвертерами вместимостью 160, 200 и 300 т при литье заготовок из сталей I, II, III групп
Размер сечения заготовок, отливаемых на МНЛЗ, мм	Вместимость конвертера, т					
	160		200		300	
	Число ручьев в МНЛЗ	Число МНЛЗ, работающих в цехе	Число ручьев в МНЛЗ	Число МНЛЗ, работающих в цехе	Число ручьев в МНЛЗ	Число МНЛЗ, работающих в цехе
150 х 150	-	-/-	-	-/-	-	-/-
200 х 200	6	3/6	-	-/-	-	-/-
250 х 250			6	4/6	-	-/-
250 х 320; 250 х 360		3/5				
300 х 400; 300 х 450	4	3/6		4/5	6	6/-
Примечание. В числителе дроби - число МНЛЗ в отделении цеха при одном непрерывно работающем в цехе конвертере, в знаменателе - при двух непрерывно работающих в цехе конвертерах.
4.2.9. Число МНЛЗ в электросталеплавильном цехе с электропечами вместимостью 50, 100, 150 и 200 т
Размер сечения заготовок, отливаемых на МНЛЗ	Вместимость электропечи, т	Группа стали			
		I - III		V, VI, VIII	
		Число ручьев в МНЛЗ	Число МНЛЗ	Число ручьев в МНЛЗ	Число МНЛЗ
			Число печей		Число печей
80 х 80	50	6	|23 2 1 ’ 2 ’ 3 ’ 4	6	н-|н- N) | | Ш | W
100 х 100					
125 х 185	100			-	
150 х 150	50	3		4	
	100	6		5	
	150			6	
250 х 250	50	2		3	
250 х 320	100	3		4	
250 х 360	150	4		6	
	200	6			
4.2.3. ОБОРУДОВАНИЕ РАЗЛИВОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
Назначение оборудования разливочной площадки, входящего в состав МНЛЗ, - прием жидкого металла из плавильных агрегатов и раздача его по ручьям машины при одновременном обеспечении качества металла и необходимой производительности машины.
На разливочной площадке размещают оборудование по приему сталеразливочных
ковшей с жидким металлом из печного пролета и передачей их в разливочный пролет: промежуточные ковши, оборудование по замене промежуточных ковшей и устройства по разогреву их футеровки, оборудование дегазации и защиты жидкого металла от окисления, а также приема жидкого металла в аварийных случаях.
Оборудование на разливочных площадках устанавливают в пролетах цеха, располагая
ОБОРУДОВАНИЕ РАЗЛИВОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
165
МНЛЗ как блоками, так и линейно. В зависимости от числа ручьев, сечения слитка и массы плавки шаг L между колоннами цеха выбирают равным 24, 36 или 48 м.
При блочном расположении МНЛЗ совмещают оборудование разливочных площадок с печным ахрегатом, при линейном расположении оборудование разливочных площадок отделено рядом цеховых колонн от печного пролета.
В сортовых МНЛЗ оборудование разливочных площадок чаще всего имеет линейное расположение.
В отечественных и в зарубежных сортовых МНЛЗ самое распространенное оборудование разливочных площадок - подъемноповоротный стенд, промежуточные ковши, тележки промежуточного ковша, а также устройства: разогрева промежуточных ковшей; защиты струн жидкого металла из сталеразлй-вочного ковша в промежуточный ковш и из последнего - в кристаллизатор; подачи сыпучих материалов на зеркало металла как промежуточного ковша, так и кристаллизатора и оборудование аварийного слива металла. Современные МНЛЗ оснащают оборудованием поточного вакуумирования в процессе разливки.
Подъемно-поворотный стенд предназначен для передачи сталеразливочного ковша в пролет МНЛЗ. Стенд оборудован электрическим приводом поворота и аварийным пневматическим. Привод подъема стенда гидравлический Подъем осуществляется на 800 мм с целью подачи металла в промежуточный ковш под уровень. На стенде имеются устройства установки крышки сталеразливочного ковша и смены защитной трубы. На стенде устанавливают весоизмерительное устройство металла в сталеразливочном ковше. Грузоподъемность Q стенда рассчитывают на сталеразливочные ковши различной вместимости - 30 - 300 т.
Промежуточный ковш предназначен для приема металла из сталеразливочного ковша, отстоя его от шлаковых включений, раздачи металла по ручьям МНЛЗ, обеспечения напора струи при подаче металла в кристаллизатор, дозирования металла для поддержания уровня металла в кристаллизаторе.
В зависимости от сечения слитков, числа ручьев, скорости разливки промежуточные ковши выполняют вместимостью 10 - 50 т. В ковше предусматривают крышку. На поверхности металла в ковше наводят шлак для исключения окисления металла.
Промежуточный ковш футеруют огнеупорным кирпичом. Стойкость футеровки - 4 -5 плавок
Устройства ковша. Промежуточный ковш снабжают стопорным либо шиберным устройством, которые используют для запуска машины и дозирования металла, подаваемого в кристаллизатор в процессе разливки. Управление стопорами и шиберами промежуточного ковша осуществляют исполнительными гидравлическими механизмами.
Устройство разогрева предназначено для разогрева футеровки ковша до температуры 1200 °C.
Устройство подачи сыпучих материалов подает шлакообразующие смеси на поверхность металла в ковше и кристаллизаторе для обеспечения защиты зеркала металла от окисления. Устройство шнекового типа обеспечивает порционную подачу смесей.
Тележка промежуточного ковша предназначена для его транспортирования в позиции разливки и замены. Тележка имеет приводы перемещения, подъема и центрирования сливных отверстий промежуточного ковша с кристаллизатором. На тележке устанавливают измерительное устройство уровня металла в ковше. Тележка перемещается вдоль фронта ручьев МНЛЗ.
Оборудование для аварийного слива металла из сталеразливочного ковша. В оборудование аварийного слива металла входят аварийные емкости, шлаковни и желоба. Аварийные емкости рассчитаны на прием металла всей плавки.
Оборудование дегазации струи металла включает в себя вакууматор, устанавливаемый на позиции разливки между разливочным и промежуточным ковшами, и предназначено для вакуумирования струи металла, поступающего из сталеразливочного ковша. Для разливки методом "плавка на плавку" на вакууматоре размещают промежуточную емкость для резерва металла при смене сталеразливочного ковша и продолжения разливки с вакуумированием металла. Металл в вакууматоре находится в атмосфере аргона, откачивание газа осуществляют насосными установками.
Вакууматор совместно с промежуточной емкостью устанавливают на позиции разливки тележками, оборудованными приводами перемещения и подъема вакууматора.
Разогрев футеровки вакууматора и промежуточной емкости проводят устройствами разогрева-.
Управление механизмами разливочных площадок разливщики осуществляют с рабочих мест и поста управления
166
Глава 4.2 МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.2.2. Пример компоновки разливочной площадки крупносортовой МНЛЗ:
1 - двухпозиционный подъемно-поворотный стенд для стальковшей;
2и 3 - напольные тележки для промковшей; 4 - промковш; 5 - устройство для разогрева промковшей;
6 - аварийная емкость; 7 - площадка разливщика; 8 - устройство для приема и выдачи затравок;
9 - тележка вакууматора; 10 - вакууматор; 11 - устройство подачи сыпучих материалов;
12 - рабочее место разливщика
Расположение оборудования на разливочной площадке приведено на рис. 4.2.2.
4.2.4. КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
Назначение кристаллизатора - формирование слитков из жидкого металла в результате образования корочки затвердевшего металла при отъеме теплоты от жидкого металла водоохлаждаемыми поверхностями рабочей полости кристаллизатора.
Внутреннюю полость кристаллизатора, формообразующую слиток, выполняют в основном из меди. Эта полость представляет собой сквозное отверстие с сечением той же формы, что и сечение слитка, и в зависимости от типа МНЛЗ имеет прямолинейную либо ра-
диальную технологическую ось.
Типы кристаллизаторов. В зависимости от размера и формы сечений сортовых заготовок кристаллизаторы изготовляют следующих типов: цельные (чаще всего гильзовые), блочные и сборные (из четырех плит).
Кристаллизаторы охлаждаются водой, которая либо свободно омывает наружные поверхности гильзы (цельного кристаллизатора) и четырех плит сборного, либо поступает в сверленые каналы диаметром 16 - 20 мм, выполненные в плитах. Каналы диаметром 20 мм для охлаждающей воды могут быть просверлены в толстых стенках цельных и блочных кристаллизаторов.
На рис. 4.2.3 даны конструкции каналов для охлаждения гильз, блоков и сборных кристаллизаторов; на рис. 4.2.4 - конструкции сборных кристаллизаторов.
4	5)
Рис. 4.2.3. Конструкции каналов для охлаждения следующих элементов кристаллизаторов: а - г - гильз; д-з - блоков и стенок (сборные кристаллизаторы)
КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ
167
Pic. 4.2.4. Конструкция сборных кристаллизаторов: а - в - с входящими узкими стенками; г - е - веерных;
1 - узкая стенка; 2 - "усы"; 3 - замок и "усы"
Параметры кристаллизаторов, влияющие на качество слитка и стойкость рабочей части кристаллизатора:
материал рабочих стенок;
износостойкое покрытие на рабочих поверхностях и их профилирование в виде "волны";
форма технологической оси;
форма и размеры поперечного сечения рабочей полости;
зазоры в стыках рабочих стенок;
длина кристаллизатора;
наличие "уса" в углах рабочей полости;
конусность рабочей полости;
износ нижней части рабочей полости;
конструкция системы охлаждения гильз и стенок;
наличие систем смазывания рабочей поверхности кристаллизатора, контроля уровня жидкого металла и электромагнитного перемешивания металла;
наличие центрирующих роликов, установленных под кристаллизатором и прикрепленных к нему;
протяженность зоны центрирующих роликов, установленных в нулевой секции, закрепленной под кристаллизатором;
система охлаждения слитка в зоне центрирующих роликов;
сила сжатия пакета медных стенок.
На качество слитка и работоспособность кристаллизатора влияют также строгое соблюдение заданной технологии разливки и серийность разливаемых плавок.
Параметры цельных гильзовых и блочных кристаллизаторов приведены в табл. 4.2.10.
4.2.10. Параметры кристаллизаторов в зависимости от сечения отливаемых заготовок
Форма сечения заготовки	Размер сечения заготовки, мм	Тип кристаллизатора	Длина кристаллизатора	Толщина рабочих стенок	Тип охлаждающего канала и его размер	Радиус или фаска в углу внутренней поверхности
			мм			
Квадрат	(50 х 50) -(300 х 300)	Гильзовый	600 - 800	8 - 20	Щель шириной 4-7	3 - 10
Круг	0 50 - 500		600 - 1000	8 - 30		
Прямоугольник	300 х 400	Блочный	800 - 1200	40 - 100	Сверленые каналы 0 20	-
Примечания: 1. Материал рабочих стенок кристаллизаторов приведенных типов -медь марок Ml - М3, а также холоднокатаная медь М1Р и М2Р.
2.	Расход воды на охлаждение 1 м периметра поперечного сечения полостей кристаллизаторов приведенных типов - 100 - 150 м3/ч.
3.	Скорость воды в каналах 4-12 м/с.
4.	В качестве смазок для стенок кристаллизаторов используют шлаки, масла и парафин.
168
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Стойкость (общая) рабочей медной части гильзовых кристаллизаторов составляет 50 - 250 плавок, сборных кристаллизаторов -200 - 1000 плавок. Указанное число плавок получают в период от начала эксплуатации рабочей полости кристаллизатора до момента окончательной замены гильзы или рабочих стенок в его корпусе.
Замену гильз либо стенок на новые проводят до начала зависания слитка в кристаллизаторе, зависящего от износа рабочих поверхностей, покрытия и центрирующих роликов под кристаллизатором, а также от раскрытия стыка стенок сборных кристаллизаторов (до 0,3 - 0,5 мм) и образования "талии" (местного сужения) на гильзе.
Стойкость рабочей полости повышают: "волна" на рабочей поверхности, наличие "уса" в углах рабочей полости, различные покрытия на основе хрома, никеля или полинита и т.д. Суммарная толщина покрытия одним или несколькими материалами составляет 0,1-4 мм.
Качественному отводу теплоты от слитка рабочей поверхностью кристаллизатора способствует обратная конусность рабочей полости кристаллизатора, составляющая 0,8 - 1,0 % размера поперечного сечения слитка (уменьшение размеров в направлении движения слитка).
С целью "мягкого" охлаждения слитка под кристаллизатором на слиток между центрирующими роликами подают водовоздушную смесь при соотношении расходов воздуха и воды порядка Ю : 1.
Наметилась тенденция увеличения числа рядов (этажей) центрирующих роликов (нулевая секция) при одновременном уменьшении длины собственно рабочей части гильзы или стенок кристаллизатора. Это позволяет, увеличивая длину блока кристаллизатор - нулевая секция без изменения взаимного положения оборудования блока во время разливки, эффективно охлаждать слиток с образованием меньшей толщины корочки на выходе его из рабочей полости кристаллизатора без потери качества слитка и с большей скоростью разливки [1].
Раскрытие стыков рабочих стенок зависит от сил затяжки пакета стенок, стягиваемого, как правило, шпильками, под гайки которых устанавливают либо витые, либо тарельчатые пружины, предварительно поджатые при сборке кристаллизаторов. В зависимости от размера поперечного сечения слитка общая сила затяжки пакета стенок сборного кристаллизатора равна 200 - 600 кН. Для фиксации силы затяжки на шпильки устанавливают также гидроцилиндры, обеспечивающие заданную силу как при сборке кристаллизатора, так и перед началом разливки металла.
Смазки. Рабочую полость кристаллизатора и наружную поверхность слитка смазывают парафином, рапсовым маслом или покрывают специальными теплоизоляционными шлаками.
Постоянный уровень жидкого металла в кристаллизаторах поддерживают с помощью датчиков - радиоактивного, емкостного и др.
Система перемешивания металла. Для получения мелкозернистой структуры слитка и более однородной структуры его по сечению в корпусе кристаллизатора устанавливаются полюса системы электромагнитного перемешивания слитка. Для предотвращения роста ромбичности прямоугольных слитков и овальности круглых под кристаллизатором устанавливают центрирующие ролики.
4.2.5. МЕХАНИЗМЫ КАЧАНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ
Кинематические схемы механизмов качания. Рычажные механизмы. На рис. 4.2.5 даны схемы механизмов качания кристаллизаторов, использовавшихся последние 25 - 30 лет. Первоначально на вертикальных МНЛЗ применяли механизм качания с поступательными направляющими (рис. 4.2.5, а). В этом механизме кристаллизатор 1 установлен на раме 2, перемещающейся в вертикальных направляющих параллельно оси слитка с помощью серьги 3, рычага 4, шатуна 5 и эксцентрикового вала 6.
Опыт показал, что поступательные направляющие громоздки, для них характерны значительные зазоры, увеличивающиеся вследствие интенсивного износа, поэтому для вертикальных МНЛЗ широко используют схему механизма качания, изображенную на рис. 4.2.5, б.
Кристаллизатор 1 (или рама, на которой он установлен) с рычагами 4 и 7 образует па-раллелограммную рычажную систему, обеспечивающую кристаллизатору поступательное (параллельное самому себе) перемещение. Качательное движение осуществляется шатуном 5 и эксцентриковым валом 6. Хотя все точки кристаллизатора перемещаются по криволинейным траекториям, при достаточно малом максимальном ходе кристаллизатора кривизна траектории практически не оказывает влияния на процесс разливки. Применение во всех шарнирах подшипников качения обеспечивает достаточно малые и стабильные в процессе эксплуатации зазоры.
Для радиальных и криволинейных МНЛЗ возникла необходимость обеспечения кристаллизатору криволинейного движения, концентричного с осью слитка. На рис. 4.2.5, в дана одна из первых схем механизма качания кристаллизатора радиальных МНЛЗ [2, 3].
МЕХАНИЗМЫ КАЧАНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ
169
Рис. 4.2.5. Эволюция кинематических схем механизмов качания кристаллизатора
170
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рама 2 с кристаллизатором 1 выполнена таких размеров, чтобы ее можно было установить на шарнире, ось которого совпадает с центром кривизны слитка. Качательное движение раме сообщается шатуном 5 и эксцентриковым валом 6. Такой механизм очень громоздок и перекрывает рамой доступ почти ко всем агрегатам радиальной МНЛЗ. Кроме того, очень большая рама подвержена значительным короблениям и тепловым изменениям размеров, что влияет на траекторию движения кристаллизатора. В результате для радиальных и криволинейных МНЛЗ разработана конструкция (рис. 4.2.5, г), в которой рычаги 4 и 7 при среднем положении кристаллизатора 1 ориентированы в точку О, являющуюся центром кривизны оси слитка.
Кинематическая схема многозвенного механизма качания, с определенной степенью точности воспроизводящая требуемое движение кристаллизатора, приведена на рис. 4.2.5, д.
В этом механизме высотное перемещение рамы 2 с кристаллизатором 7 осуществляется рычагом 4, шатуном 5 и эксцентриком 6, а с помощью шатуна 5' и эксцентрика 6' рама устанавливается в положение, направленное в центр О кривизнь! слитка.
Однако многозвенные механизмы в силу своей сложности не нашли практического применения.
Наиболее широко распространены механизмы, приведенные на рис. 4.2.5, е. От механизма на рис. 4.2.5, г этот механизм отличается тем, что его рычаги 4 и 7 расположены со стороны рабочей площадки. Это улучшает компоновку и обслуживание, как самого механизма, так и МНЛЗ в целом.
Недостатки рычажных механизмов. Все рычажные механизмы содержат многочисленные кинематические пары (в основном вращательные шарниры). Однако даже применение подшипников качения не исключает радиальных зазоров, накопление которых искажает траекторию движения кристаллизатора.
Механизмы с гибкими пластинчатыми элементами, зажатыми (жестко закрепленными) на концах (рис. 4.2.5, ж и 4.2.5, и). В обоих механизмах кристаллизатор 7 (или его рама 2) связаны со стойкой 8 с помощью гибких пластинчатых элементов 7, заменяющих собой рычаги. Каждый из этих элементов одним концом закреплен на стойке 8, а другим -на кристаллизаторе или его раме.
Конструкции механизмов существенно отличаются. Так, в механизме на рис. 4.2.5, ж верхний элемент 7 постоянно растянут, а нижний может оказаться сжатым, и есть опасность потери им устойчивости, а также нарушения ожидаемой картины движения кристаллизатора. В механизме, приведенном на рис.
4.2.5, и, оба элемента 7 обычно растянуты, так как сила тяжести кристаллизатора и сила на шатуне 5 создают пару сил, действующую на кристаллизатор и раму по часовой стрелке. В пластинчатых элементах возникают растягивающие силы, поэтому опасность потери устойчивости не существует.
Параметры механизмов качания. На начальном этапе развития МНЛЗ ход кристаллизатора составлял 20 - 40 мм при частоте качаний 20 - 50 мин'1. К 80-м гг. на подавляющем числе действующих МНЛЗ применяли механизмы качания кристаллизатора с ходом 8 -15 мм при частоте качаний 50 - 150 мин1. В настоящее время наметилась тенденция к значительному уменьшению хода кристаллизатора до 2 - 6 мм при резком увеличении частоты качания до 300 и даже 400 - 500 мин'1. Эти параметры характерны для механизмов с гибкими направляющими элементами.
Автоколебания. Предполагается, что в процессе непрерывной разливки слиток движется с постоянной скоростью Vcjj, а кристаллизатор совершает знакопеременное движение с синусоидальным изменением скорости (рис. 4.2.6, а). В этом случае на участке ab скорость кристаллизатора превосходит скорость слитка, а кристаллизатор и слиток движутся в одном направлении. При этом сила трения, действующая на корку слитка со стороны стенки кристаллизатора, вызывает в корке напряжения сжатия.
Если предположить, что описанная картина является наиболее благоприятной для обеспечения стабилизации процесса непрерывной разливки, то можно сделать вывод о том, что необходимо стремиться к увеличению участка ab, т.е. выбирать параметры качания кристаллизатора, чтобы этот период времени был как можно более продолжительным. Время, характеризующее отрезок ab, принято называть временем опережения /оп, определяемым по формуле
Г =—arccos^-, (4.2.2) (0	(йЛ
где Узд - скорость слитка, мм/с; со =	-
угловая частота качания, с1; f - частота качания, с1; А - амплитуда качания кристаллизатора, равная половине хода, мм.
Формулу (4.2.2) можно представить в виде функций двух переменных:
МЕХАНИЗМЫ КАЧАНИЯ КРИСТАЛЛИЗАТОРОВ
171
Ъл/А
О 2	4 6 в си,с~*
О 2	4	6 Q Vc/t/A
г)
Рис. 4.2.6. Взаимосвязь параметров движения слитка и качаний кристаллизатора
со = Т
Эти функции могут быть представлены в виде семейств кривых (рис. 4.2.6, б - г), являющихся диаграммами, которые позволяют без вычислений определять параметры /оп, со и усл и варьировать ими.
А
График движения кристаллизатора и слитка (см. рис. 4.2.6, а), а также формула
(4.2.2) показывают, что и слиток, и кристаллизатор движутся независимо друг от друга по заранее заданным законам. Вместе с тем, во-первых, корочка слитка и стенки кристаллизатора взаимодействуют между собой и это взаимодействие, в первом приближении, можно представить как кулоновское ("сухое’’) трение; во-вторых, слиток не абсолютно жесткое, а квазиупругое тело.
Эти положения дают возможность установить признаки автоколебательной модели:
172
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
наличие колебательной системы (осциллятора) - массивного квазиупругого слитка;
систематическое поступление ("впрыскивание”) энергии в систему извне в те периоды, когда сила трения (сцепления) между стенкой кристаллизатора и корочкой слитка превосходит силу упругости;
наличие регулятора поступающей в колебательную систему энергии; таким регулирующим фактором (как бы своеобразным "клапаном”, перекрывающим доступ энергии в колебательную систему) является такое состояние системы, когда силы упругости превосходят силу трения.
Исследования показали, что колебания слитка при различных исходных параметрах могут быть следующими:
хаотическими, т.е. формироваться в течение цикла качания кристаллизатора произвольным образом из цикла в цикл;
устойчиво однообразными из цикла в цикл качания кристаллизатора; для слитка характерны устойчивые самовозбуждающиеся колебания, т.е. автоколебания.
Как показали исследования, автоколебания возникают в узкой полосе параметров. Так, для заготовки сечением 300 х 450 мм, отливаемой при скорости разливки 0,6 -1 м/мин на радиальной МНЛЗ с базовым радиусом 12 м, частота качаний кристаллизатора, при которой возникают автоколебания, составляет 370 - 430 мин’1.
Известно, что повышение частоты колебаний улучшает качество поверхности отливаемых заготовок. Есть основания утверждать, что высокочастотные механизмы качания как раз и работают в режиме автоколебаний.
4.2.6.	ОБОРУДОВАНИЕ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Требования к оборудованию. В зоне вторичного охлаждения (ЗВО) сталь полностью кристаллизуется, переходя в твердое однофазное состояние. За время кристаллизации заготовка проходит путь, равный расстоянию от кристаллизатора до тянущих устройств. При этом, взаимодействуя с оборудованием, затвердевшая оболочка заготовки испытывает различные напряжения. Деформация зависит от расстояния между направляющими элементами, ферростатического давления и толщины оболочки. В соответствии с этим технологические требования к оборудованию сводятся к выбору: интенсивности принудительного охлаждения, расстояния между направляющими элементами и точности выставки оборудования относительно оси ручья [5].
Конструктивное оформление оборудования. Это оборудование выполняют в виде последовательно расположенных отдельных сборочных единиц - секций. Каждая секция состоит из направляющих элементов и системы охлаждения. На ручье может быть от одной
(мелкосортные МНЛЗ) до пяти (при литье крупных блюмов) секций.
Секция, расположенная непосредственно после кристаллизатора и называемая нулевой, жестко соединяется с кристаллизатором и совместно с ним совершает возвратно-поступательное движение. В нулевой секции элементы, служащие опорой для заготовки и направляющие ее по оси МНЛЗ, являются как бы частью и продолжением кристаллизатора.
Протяженность секции 300 - 400 мм. В секцию входит один-два ряда роликов и два-три ряда форсунок, установленных по периметру заготовки.
Направляющие элемен-т ы центрируют относительно кристаллизатора с точностью, позволяющей избежать перекосов затравки и заготовки при их движении, и вследствие этого, - исключить повреждение медных стенок или их повышенный абразивный износ. Конструктивно направляющие элементы в секциях выполняют как роликовые опоры, по которым перемещается затравка, касаясь роликов своими гранями.
В нулевых секциях направляющие элементы имеют различную конструкцию. Длина нулевой секции может составлять 1,5 м и более.
Секции, расположенные ниже нулевой, отличаются друг от друга числом смонтированных в них направляющих элементов. Для заготовок с шириной грани менее 220 мм при современных скоростях литья не требуются опорные элементы ниже кристаллизатора, так как толщина оболочки заготовки на выходе из кристаллизатора обладает прочностью, достаточной, чтобы выдержать ферростатическое давление без деформации. Однако на криволинейных МНЛЗ применение гибких затравок не позволяет обходиться без направляющих элементов в зоне вторичного охлаждения.
Охлаждение оборудования. Направляющие элементы охлаждают теми же форсунками, которые охлаждают и заготовку. Ролики, смонтированйые в секциях МНЛЗ для литья крупных блюмов, можно охлаждать также изнутри, благодаря циркуляции воды, подаваемой во внутреннюю полость.
Вторичное охлаждение на МНЛЗ принудительное, длина охлаждаемой зоны тем больше, чем больше сечение заголовки и скорость литья, Для литья заготовок небольших сечений с небольшими скоростями можно ограничиться короткой зоной охлаждения протяженностью 300 - 400 мм. За пределами этой нулевой зоны заготовку можно охлаждать на воздухе благодаря конвекции и лучеиспусканию.
Новые МНЛЗ рассчитывают на большие скорости литья, поэтому их оснащают системами водовоздушного охлаждения. Эти системы состоят из отдельных зон, которые монтируют на секциях направляющих устройств и совме
ОБОРУДОВАНИЕ ЗОНЫ ВТОРИЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
173
стно с секциями подвергают демонтажу и ремонту.
Система охлаждения, смонтированная в секции вторичного охлаждения, состоит из коллекторов для подачи воды и воздуха и форсунок. Коллекторы, питающие энергоносителями форсунки, выполняют в виде труб, расположенных параллельно оси заготовки вдоль ее граней, или коллекторов, имеющих форму кольца, центр которого совпадает с осью заготовки. Внутренняя полость форсунки является камерой, в которой смешиваются вода и воздух и откуда смесь, обладая необходимой кинетической энергией, выбрасывается через
распылительное сопло мелкодисперсными каплями, образуя факел стабильной формы (рис. 4.2.7).
Рис. 4.2.7. Схема устройства для охлаждения заготовки:
1 и 2 - коллектор кольцевого типа для подвода соответственно воздуха и воды; 3 и 8 - трубопроводы подвода воды и воздуха; 4 - корпус; 5 - охлаждаемая заготовка; 6 - форсунка; 7 - направляющий ролик;
9 - камера смешивания; 10 - факел водовоздушной смеси двойного действия
Водовоздушное охлаждение, по сравнению с охлаждением водой, улучшает качество поверхности заготовки, так как при увеличении интенсивности охлаждения переохлажденные участки не образуются, и вследствие этого, число трещин на поверхности слитка снижается.
Кроме того, расширение диапазона регулирования расхода воды позволяет значительно увеличить надежность системы автоматического управления вторичным охлаждением, и в целом, - управления технологическим процессом литья.
Совершенствование системы водовоздушного охлаждения может привести в идеале к "сухой" машине, когда вся содержащаяся в водовоздушной смеси вода при попадании на охлаждаемую поверхность превращается в пар.
Электромагнитное перемешивание. Для современных МНЛЗ характерно применение электромагнитного перемешивания (ЭМП) жидкой фазы металла, находящегося внутри кристаллизующейся оболочки. В зоне вторичного охлаждения устройства ЭМП в большинстве случаев устанавливают в конце лунки жидкого металла. Применение ЭМП подавляет процесс образования неоднородностей в структуре непрерывного слитка, что обеспечивает получение более равномерного распределения неметаллических включений вдоль его осевой зоны.
Все способы ЭМП, создающие обширную зону равноосных кристаллов в заготовках, уменьшают осевую сегрегацию в углеродистых и низколегированных сталях, содержащих менее 0,5 % С.
Существуют определенные правила воздействия на осевую сегрегацию:
чем выше расположен индуктору тем легче контролировать сегрегацию, поэтому хорошие результаты дает ЭМП в кристаллизаторе;
если этого условия недостаточно, то используют два или более индуктора: первый - в кристаллизаторе, второй - в конце лунки жидкого металла.
Выбор комбинаций индукторов зависит в каждом отдельном случае от марки разливаемой стали и требований к качеству конечного продукта.
Сечение заготовки можно рассматривать как фактор, влияющий на развитие осевой сегрегации, который необходимо учитывать при выборе оптимального способа ЭМП. В слитках больших сечений присутствуют обширные зоны разноосных кристаллов, поэтому при литье таких слитков не требуется таких сложных комбинаций индукторов, которые необходимы при литье мелких заготовок.
Регулирование осевой сегрегации с помощью ЭМП зависит от перегрева металла, параметров ЭМП и соосности технологического оборудования МНЛЗ.
174
Глава 4.2 МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
4.2.7.	ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЗАГОТОВОК
Первичное охлаждение заготовки. В соответствии с технологической схемой МНЛЗ, первичное охлаждение осуществляют в кристаллизаторе, ще формируется профиль и наращивается оболочка заготовки. В течение некоторого времени ферростатическое давление жидкого металла обеспечивает хороший контакт затвердевшей оболочки с медными водоохлаждаемыми стенками, что обуславливает интенсивный теплосъем с поверхности заготовки в верхней части кристаллизатора. По мере снижения температуры поверхности, увеличения толщины твердой корочки происходит усадка металла и отход оболочки заготовки от стенок кристаллизатора.
Дальнейшее пребывание заготовки в кристаллизаторе снижает эффективность теплоотвода с ее поверхности, увеличивает силу вытягивания, а значит - и механические напряжения в затвердевшей оболочке. На практике длину кристаллизатора выбирают такой, чтобы на выходе из него обеспечить следующую толщину затвердевшей оболочки, мм: 10 - 15 для мелкосортных заготовок; 20 - 25 для блюмовых.
Механизм теплопередачи в кристаллизаторе ограничивает возможность регулирования теплосъема с поверхности непрерывно-литой заготовки. Некоторого увеличения теплосъема достигают, придавая конусность внутренней полости кристаллизатора с тем, чтобы частично компенсировать усадку формирующейся заготовки.
В зависимости от скорости разливки, марки стали и шлакообразующих смесей средние тепловые потоки в кристаллизаторе составляют (2,0 • 10й) - (2,7 ♦ 106) Вт/м2. Поверхность заготовки на выходе из кристаллизатора имеет температуру 1100 - 1300 °C.
Вторичное охлаждение заготовки. Непосредственно за кристаллизатором располагается зона вторичного охлаждения (ЗВО), в которой происходит дальнейшее снижение температуры поверхности непрерывно-литой заготовки и наращивание толщины твердой корочки.
Температурный режим вторичного охлаждения. Как показывает опыт непрерывной разливки стали, для того чтобы предотвратить появление трещин в непрерывно-литой заготовке, необходимо чтобы теплосъем в ЗВО сопровождался равномерным распределением температур по периметру затвердевшей заготовки, а также монотонным изменением температуры поверхности заготовки по длине ЗВО.
Исследования горячей деформируемости сталей, а так же теоретические и экспериментальные работы, позволили уточнить и обосновать температурные режимы вторичного
охлаждения с учетом реального взаимодействия непрерывно-литой заготовки с элементами конструкции МНЛЗ. Уточнения, в частности, касаются вторичного разогрева, который возможен на выходе заготовки из кристаллизатора, между зонами с различной интенсивностью охлаждения в ЗВО, а так же на выходе из ЗВО на открытый воздух.
В сочетании с пониженной пластичностью стали в области температуры солидуса вторичный разогрев может привести к трещинам по фронту кристаллизации. Допустимый вторичный разогрев поверхности Д7^ов сортовой заготовки определяется толщиной затвердевшей оболочки и предельным значением коэффициента термических напряжений, который в зависимости от химического состава углеродистой стали равен (3 - 8) • 103 °С/м:
ДТП0В £ (3 - 8) • 103	(4.2.3)
где - толщина твердой корки, м.
Пониженная пластичность стали в интервале температур 700 - 1000 °C обуславливает "мягкие" режимы охлаждения, при которых температура поверхности заготовки в ЗВО не опускается ниже 950 - 1000 °C в зависимости от марки разливаемой стали. При более интенсивном охлаждении деформации затвердевающей заготовки, возникающие от сил трения в кристаллизаторе, под действием ферро-статического давления в роликовой проводке и сил, возникающих при выпрямлении и вытягивании заготовки, а так же деформации, обусловленные резкими колебаниями температуры поверхности при неравномерном охлаждении водой, могут приводить к многочисленным поверхностным трещинам.
Математическая модель охлаждения заготовки в ЗВО. Наиболее просто и с достаточной для практики точностью связь конструктивных параметров МНЛЗ с технологическими режимами охлаждения определяют с помощью математического моделирования процесса затвердевания. Основой математической модели является уравнение нестационарной теплопроводности с функцией источника теплоты в интервале температур кристаллизации. Начальное условие характеризуется перегревом жидкой стали, а граничные условия описывают теплообмен на поверхности заготовки с элементами конструкции МНЛЗ. В кристаллизаторе, в частности, задают профиль тепловых потоков, по которым имеются многочисленные экспериментальные данные, а в ЗВО - температура поверхности заготовки, что позволяет учесть основные положения технологических режимов охлаждения.
Полученные в результате моделирования данные по температурным полям непрерывнолитой заготовки определяют металлургическую
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЗАГОТОВОК
175
Рис. 4.2.8. Затвердевание в ЗОВ непрерывно-литой заготовки сечением 300 х 330 мм: скорость разливки 0,65 м/мин; температура поверхности заготовки в ЗВО, °C:
1 - 900; 2- 1000; 3 - 1100; Тр, Ту, Тш и Тц - температуры соответственно ребра, узкой грани, широкой грани и центра сечения заготовки; 77, и Т$- температуры соответственно ликвидуса и солидуса; и - толщины твердой корки соответственно по узкой и широкой граням заготовки; и - толщины двухфазных слоев соответственно по узкой и широкой граням заготовки
длину МНЛЗ, которая соответствует глубине жидкой лунки при разливке с максимальной скоростью.
Градиенты температурных полей позволяют определить теплосъем с поверхности непрерывно-литой заготовки, соответствующий заданной в качестве граничного условия температуре поверхности в ЗВО. Далее сравнивают требуемый теплосъем с тем, который возможен в случае естественного охлаждения поверхности заготовки на воздухе. Результаты анализа определяют конфигурацию зоны принудительного охлаждения по каждой грани непрерывно-литой заготовки.
Данные по температурным полям непрерывно-литой заготовки так же являются основой для прочностных расчетов параметров роликовой проводки, систем охлаждения оборудования и энергосиловых параметров МНЛЗ.
На рис. 4.2.8 приведены некоторые результаты численного анализа с помощью математической двумерной модели процесса затвердевания непрерывно-литой среднеуглеродистой стальной заготовки сечением 300 х 330 мм. В расчетах принято, что активная длина кристаллизатора 0,9 м, скорость разливки 0,65 м/мин. Результаты расчета процесса затвердевания при температурах поверхности непрерывно-литой заготовки в ЗВО 900, 1000 и 1100 °C (см. рис. 4.2.8) показывают замедление динамики нарастания твердой корки не
прерывно-литой заготовки и увеличение протяженности двухфазной зоны в случае повышения температуры ее поверхности при выходе из кристаллизатора.
Расчеты показали значения температуры на поверхности заготовки при сужении ширины принудительного охлаждения в пределах каждой грани заготовки, а также вторичный разогрев поверхности непрерывно-литой заготовки при ее выходе из зоны принудительного охлаждения.
Моделирование, в частности, показало, что металлургическая длина 19,2 м, соответствующая радиальной МНЛЗ* с базовым радиусом 12 м, обеспечивает разливку непрерывнолитой заготовки сечением 300 х 330 мм со скоростью разливки до 0,65 м/мин.
Мягкие режимы охлаждения. Для организации "мягких” режимов охлаждения достаточно длины ЗВО, равной 3,5 м. Приблизительное снижение интенсивности охлаждения по длине ЗВО достигается путем использования зон независимого регулирования.
Мягкие режимы охлаждения водой. Теплосъем при вторичном охлаждении с коэффициентом теплоотдачи 200 - 900 Вт / (м2 • К) соответствует роликофорсуночному охлаждению, при котором на поверхность заготовки подают воду из форсунок, установленных в межроликовом пространстве. При этом теплосъем с поверхности непрерывно
176
Глава 4.2 МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРГОВЫХ ЗАГОТОВОК
литой заготовки осуществляется водяными каплями факела форсунок, стекающей водой и поддерживающими роликами.
Как показывает опыт эксплуатации действующих МНЛЗ, применение водяных форсунок для организации мягких режимов охлаждения имеет существенные недостатки. Один из недостатков - малые сечения водяных форсунок - приводит к частым засорениям при работе на воде оборотного цикла. Другой недостаток - неравномерное охлаждение поверхности заготовки в межроликовом пространстве из-за экранирования части поверхности непрерывно-литой заготовки роликами и большого количества стекающей неорганизованно воды.
Водовоздушное охлаждение. Эти недостатки водяного охлаждения обуславливают (для разливки трещиночувствительных марок сталей) применение водовоздушного охлаждения, несмотря на увеличение затрат, связанных с потреблением сжатого воздуха. Наряду с повышением равномерности охлаждения при переходе от водяного к водовоздушному роликофорсуночному охлаждению следует отметить уменьшение расхода воды в ЗВО в 2 - 3 раза.
Сухое роликовое охлаждение. Дальнейшее повышение равномерности охлаждения для расширения марочного состава разливаемых сталей и решения задач применения горячей садки возможно при использовании сухого роликового охлаждения, при котором основной теплосъем с прокатываемого изделия осуществляется водоохлаждаемыми роликами. Отсутствие воды, подаваемой на поверхность непрерывно-литой заготовки, обеспечивает не только более высокие равномерность охлаждения и сохранение теплоты, но и повышенную температуру поверхности заготовки в ЗВО, а также ее замедленное затвердевание. Поэтому применение сухого охлаждения связано с концепцией сверхнизких МНЛЗ, для которых характерны малые ферро-статические давления, водрохлаждаемые ролики и многоточечный разгиб заготовки.
4.2.8.	ТЯНУЩЕ-ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Назначение машин. Тянуще-правильные машины (ТПМ) предназначены для ввода затравки в кристаллизатор перед началом разливки, вытягивания сцепленной со слитком затравки из кристаллизатора и секций вторичного охлаждения в начале разливки, а в дальнейшем, - слитка и для правки криволинейно-литого слитка в прямолинейный.
Порядок работы ТПМ. Затравка или слиток, проходя между валками ТПМ, зажимаются с силой, приводящей к возникновению силы трения, удерживающие затравку или слиток между валками.
Рас. 4.2.9. Наиболее распространенные схемы расположения ТПМ на МНЛЗ:
7 и 2- валки соответственно неприводные и приводные
В мелкосортных и блюмовых МНЛЗ для вытягивания слитков применяют только валковые ТПМ с обязательным прижимом валков с помощью гидро- или пневмоцилиндров, а также пружинами.
Схемы расстановки ТПМ. Существует несколько схем расстановки ТПМ на МНЛЗ (рис. 4.2.9):
схема ТПМ на вертикальной с изгибом МНЛЗ (рис. 4.2.9, а); верхняя группа тянущих валков предназначена для ввода затравки и вытягивания слитка, нижняя - для вытягивания слитка и его правки;
схема ТПМ на радиальной МНЛЗ (рис. 4.2.9, б); верхняя группа тянущих валков предназначена только для ввода затравки и вытягивания слитка в первоначальный период разливки; при входе переднего конца слитка в верхнюю группу валков давление с гидроцилиндров прижима валков снимается, а вытягивание слитка и правку проводят на нижней группе валков; привод вращения валков верхней группы не выключается (в случае применения затравки длиной 1/4 окружности радиуса R верхнюю группу валков не устанавливают);
ТЯНУЩЕ-ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
177
схема ТПМ на радиальной МНЛЗ с многоточечным разгибом; верхние и нижние группы тянущих валков предназначены только для ввода затравки и вытягивания слитка; правку слитка осуществляют в неприводной роликовой зоне; в процессе вытягивания слитка обе группы клетей участвуют постоянно; для уменьшения давления валков на слиток в двухфазном состоянии увеличивают число приводных валков (известны схемы с шестнадцатью приводными валками на ручье);
схема ТПМ на радиальной или радиальной с многоточечным разгибом МНЛЗ; назначение валков то же, что и на схеме б.
Конструктивное исполнение ТПМ. По конструкции ТПМ обычно очень просты и состоят из нескольких механических групп, каждую из которых легко демонтировать и заменить.
ТПМ с нижним приводным валком конструкции ПО "Южуралмаш" состоит из нижнего приводного валка 1 (рис. 4.2.10), укрепленного в раме 4 и приводящегося во вращение через шпиндель от самостоятельного привода. Верхний неприводной валок 2, установленный на шарнирном рычаге 3 гидроцилиндром б посредством поперечной траверсы 5 и тяг прижимается к слитку и прижимает его к нижнему валку.
С целью защиты оборудования от действия высокой температуры проходящего слитка для рамы, шарнирного рычага, корпусов подшипников и валков предусмотрена система водяного охлаждения.
Рве. 4.2.10. ТПМ с нижним приводным валком
Рис. 4.2.11. Схема расположения ТПМ на многоручьевой МНЛЗ:
1 - слиток; 2 - ТПМ; 3 - приводной валок;
4 - шпиндели; 5 - привод вращения валка;
6 - навесной редуктор
Привод валка осуществляется от электродвигателя постоянного тока через планетарный или цилиндрический редуктор.
Окружная скорость всех приводных валков синхронизируется и меняется в пределах 0,2 - 3 м / мин.
Преимущества этой ТПМ - простота конструкции; электропривод вынесен из зоны действия высоких температур, что позволяет применять электродвигатели металлургического исполнения.
Недостатки - при компоновке многоручьевых МНЛЗ необходимо устанавливать ТПМ или в шахматном порядке для пропуска шпинделей ко второму и последующим ручьям (рис. 4.2.11, а) или применять переходные навесные редукторы (рис. 4.2.11, б), что предпочтительнее, так как позволяет устанавливать ТПМ в линию.
ТПМ с приводом на два валка конструкции фирмы "Фест Альпине” скомпонована в один блок (рис. 4.2.12). Нижний валок с редуктором 7 укреплен неподвижно в раме 6. Верхний валок с редуктором 5 - на шарнирном рычаге 4, свободный конец которого соединен с гидроцилиндром 1. С помощью этого цилиндра валок прижимается к слитку. Вращение обоих валков осуществляется электродвигателями 2 и 3 через универсальные шпиндели.
Достоинство этой ТПМ - возможность компоновать любое число ручьев с расположением ТПМ в линию; недостатки - необходимость применения специальных электродвигателей, сохраняющих работоспособность в условиях высоких температур.
178
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.2.12. Т11М с приводом на два валка
Конструктивные элементы Т П М . Тянущие валки изготовляют из сталей типа 34ХН1М, сохраняющих работоспособность при длительном контакте со слитком, имеющим высокую температуру поверхности.
В качестве опор применяют, в основном, 2-рядные сферические роликовые подшипники.
Охлаждение валков и подшипников. Для этого внутреннюю полость валков выполняют водоохлаждаемой (рис. 4.2.13). Дополнительно корпусы подшипников защищают экранами. В них могут быть и внутренние полости, по которым циркулирует вода.
Смазывание подшипников, шарниров рычагов ТПМ и редукторов - централизованное. Для подшипников и шарниров смазкой является пластичный материал, для редукторов - жидкий.
Расчет ТПМ производят с определением числа тянущих валков, сил прижима валков к слитку и вращающего момента на валках. Расчет выполняют из условия допустимого обжатия слитка в валках и силы зави-
Рис. 4.2.13. Приводной валок:
1 - валок; 2 - подшипники; 3 - патрубок подачи воды во внутреннюю полость валка;
4 - водоохлаждаемые экраны сания слитка в кристаллизаторе, секциях вторичного охлаждения и роликовых проводках, а также сил, необходимых для правки слитка и его транспортирования.
4.2.9.	ЗАТРАВКИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ С НИМИ ОПЕРАЦИЙ
Назначение затравки. Запуск - один из наиболее ответственных этапов работы МНЛЗ. Для его осуществления в работу включают такое оборудование, которое в дальнейшем в процессе разливки не участвует. Это - затравка, а также устройства для расцепления затравки, хранения и заведения в кристаллизатор. С помощью затравки образуют временное дно в кристаллизаторе в начале разливки и последующего вытягивания непрерывно-литой заготовки из машины до момента захвата заготовки тянущими механизмами МНЛЗ.
Геометрические параметры и конструкция затравки. Затравка по своей геометрии в поперечном сечении должна быть такой, чтобы беспрепятственно проходить по технологическому каналу МНЛЗ, образуемому роликами и направляющими линейками. В иностранных источниках затравку иногда называют имитатором слитка.
Длина затравки определяется выбранной конструкцией МНЛЗ и зависит от расстояния по технологической оси между точкой временного дна кристаллизатора до первых тянущих валков.
Затравки по конструкции можно разделить на три типа: жесткие, гибкие и комбинированные (или жестко гибкие).
Жесткая затравка представляет собой брус, с сечением равным сечению отливаемого слитка, который по форме должен в точности копировать технологическую ось МНЛЗ. Однако, в силу того, что брус жесткий и не может изменять свою форму при перемещении
ЗАТРАВКИ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ С НИМИ ОПЕРАЦИЙ
179
О)
fi)
Рис. 4.2.14. Варианты сцепления головки затравки со слитком
по технологическому каналу МНЛЗ, применение жестких затравок возможно только на МНЛЗ с неизменяемой технологической осью (например, вертикальные и радиальные МНЛЗ).
Жесткая затравка для вертикальной МНЛЗ имеет несложную конструкцию и проста в изготовлении. Изготовление радиальной затравки имеет определенные трудности в части выдерживания точного размера технологической оси по всей длине затравки. Так как длина затравки бывает очень большой (например, на МНЛЗ Орско-Халиловского металлургического комбината длина жесткой затравки составляет 19 м по дуге радиусом 11,85 м), поэтому для облегчения изготовления ее конструируют из двух - трех и более звеньев, которые соединяют между собой с помощью неподвижных шарниров. Корпус каждого звена может быть выполнен с сечением: сплошным, т.е. в виде бруса, что бывает очень редко, коробчатым или двутавровым.
Гибкая затравка представляет собой цепь, звенья которой равны по сечению отливаемому слитку и соединены между собой шарнирами таким образом, чтобы затравка в целом могла копировать любую траекторию технологической оси МНЛЗ, но с поворотом звеньев друг относительно друга только в сторону центра(ов) кривизны технологической оси МНЛЗ.
Звенья затравки могут быть выполнены литыми, коваными или сварными из толстого листа и связаны между собой с помощью осей и подшипников скольжения.
Головки затравок. Характерная особенность затравок любой конструкции - наличие головки, образующей в полости кристаллизатора временное дно и являющейся началом кристаллизация первых порций металла, заливаемого в кристаллизатор. Но поскольку вытягивание слитка на запуске машины проводят через затравку, то большое значение имеет сцепление головки затравки с передним концом кристаллизующегося слитка. Практика эксплуатации МНЛЗ имеет множество решений этой задачи с присущими им достоинствами и недостатками. Все эти решения можно объединить в две основные группы:
группа 1 - металл кристаллизуется вокруг выступающего элемента головки (рис. 4.2.14, а)\
группа 2 - металл кристаллизуется внутри головки (рис. 4.2.14, б).
При использовании способа сцепления первой группы необходимо всегда иметь запас этих элементов, так как их расходуют при каждом запуске МНЛЗ. и они остаются в металле после расцепления головки со слитком.
Головку затравки, после заведения ее в полость кристаллизатора приблизительно на одну треть его высоты, уплотняют по периметру асбестовым шнуром во избежание протекания жидкого металла в зазор по периметру между головкой и медными стенками. Также, во избежание сварки жидкого металла с металлом головки, на нее укладывают обрезки листового проката, которые не только защищают головку, но и являются охладителями металла для быстрой его кристаллизации.
Расцепление головки затравки со слитком выполняется механизмами, которые либо включаются в работу на весь процесс разливки, либо предназначены только для этой операции.
На сортовых МНЛЗ рацепление производят после того, как слиток будет захвачен тянущими валками клетей и надобность в затравке отпадает.
Расцепление можно выполнить следующими тремя способами:
1	- перемещением слитка относительно головки затравки (рис. 4.2.15, д);
2	- перемещением головки затравки относительно слитка (рис. 4.2.15, б, <?);
3	- обрезкой минимально возможной длины переднего конца слитка, остающегося на головке (рис. 4.2.15, г).
Расцепление третьим способом, в основном, проводят в аварийных ситуациях, когда невозможно использование другого способа расцепления. Расцепление выполняют штатным устройством мерной резки слитка на заготовки.
Наибольшее распространение получил второй способ расцепления в связи с широким применением гибких затравок и возможностью вообще обойтись без специального для
180
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.2.15. Варианты расцепления головки затравки со слитком
этой операции механизма. Расцепление обеспечивается благодаря язычковому углублению внутри головки, заливаемому в кристаллизаторе жидким металлом. Застывая в этом углублении, металл приобретает форму загнутого шипа.
Так как головка со стороны слитка имеет округлую форму, то при подъеме затравки происходит поворот относительно слитка и, в свою очередь, выход шипа из углубления в головке. Кроме того, если затравку поднимают вертикально вверх, то в случае нерасцепления головки со слитком, ее можно отсоединить от последующего звена при их взаимном расположении под углом 90°. Это достигается благодаря лыскам на оси, соединяющей головку с последующим звеном, и соответствующего паза в примыкании этого звена (рис. 4.2.16).
Однако наибольшее распространение получило расцепление выдавливанием головки из слитка с помощью "выныривающего” ролика, перемещаемого вверх гидроцилиндром (рис.
Рис. 4.2.16. Вариант аварийного расцепления головки с затравкой
Хранение затравки. Выбор способа хранения затравки, в основном, зависит от выбора типа затравки, ее длины и удобства обслуживания в процессе разливки. Так, хранение жесткой прямолинейной затравки на вертикальных колодцевых МНЛЗ осуществляют на рольгангах для затравок, которые устанавливают на нулевой отметке. На эти рольганги затравку подают из колодца специальным манипулятором.
Хранение жесткой радиальной затравки на радиальной МНЛЗ осуществляют или в тянущих клетях, являющихся как бы продолжением радиальной части технологической оси, или в поворотном лотке, который также служит продолжением радиальной оси и который затем поворачивается в вертикальной плоскости для удобства доступа к головке.
На МНЛЗ с гибкими затравками, получившими наиболее широкое применение, затравки хранят самыми различными способами.
Известны МНЛЗ, затравки которых имеют концевое звено, связанное постоянно канатом с лебедкой. Затравку после выхода из тянущих валков клети поднимают постепенно вертикально вверх или наклонно по роликовому конвейеру и в таком положении хранят, часть наклонного конвейера при этом поднимают над рольгангом. В этом случае головка затравки находится на 2 - 3 м выше уровня рольганга, что облегчает доступ персонала, обслуживающего оборудование на предназначенных для этого площадках. Для ввода в кристаллизатор затравку опускают лебедкой вниз и с помощью радиального склиза подают в тянущие валки клетей. Наклонный конвейер опускают до уровня рольганга.
Известны МНЛЗ, у которых затравка после расцепления перемещается в отведенное на
УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРЕЗКИ ЗАГОТОВОК
181
рольганге место, откуда ее специальным гидравлическим подъемником или поднимают вверх в горизонтальное положение на высоту 1,5 - 2 м нац уровнем рольганга, или отводят в сторону от рольганга параллельно оси ручья шлеппером или другим механизмом.
На сортовой МНЛЗ Кузнецкого металлургического комбината затравку хранят на рольганге, установленном в продолжение линии приемных рольгангов за рольгангом-тележкой, с помощью которой, в свою очередь, заготовки с двух МНЛЗ и передают на транспортно-отделочную линию.
Подача затравки происходит в обратной последовательности, т.е. через рольганг-тележку, приемную линию и гидроножницы и затем - в тянущие валки клети.
Хранение затравки на разливочной площадке и подача ее в кристаллизатор сверху позволяют сократить время заведения затравки в кристаллизатор, так как в этом случае она ближе всего находится к кристаллизатору и нет необходимости протягивать ее через весь технологический канал МНЛЗ, как это делается при заведении затравки снизу.
При этом способе концевое звено затравки после выхода его из валков тянущей клети подхватывается крюком лебедки, установленной на затравочной тележке, которая, в свою очередь, расположена на разливочной площадке. По мере вытягивания затравки из клети ее поднимают вверх. После расцепления затравка затягивается на рольганг затравочной тележки и оставляется на ней для хранения.
Заведение затравки в кристаллизатор. При подготовке к разливке тележка подъезжает к кристаллизатору, и затравку с помощью спе
циального цепного толкателя опускают сверху в кристаллизатор. Когда тело затравки будет захвачено валками тянущей клети, тележка возвращается в исходное положение. Процесс заведения затравки в кристаллизатор окончен (см. также п. 4.1.6).
4.2.10.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРЕЗКИ ЗАГОТОВОК
Типы режущих устройств. Для порезки движущегося слитка на заготовки мерной длины на МНЛЗ применяют режущие устройства, которые можно подразделить на два типа -устройства газопламенного воздействия на слиток и устройства механического воздействия.
Газопламенные устройства - это машины газовой резки (МГР), сравнительно дешевые, простые в изготовлении, малой металлоемко-стки высокой ремонтопригодности. Однако их крупными недостатками являются невозвратимые потери металла при разрезке (до 0,5 %), большой расход кислорода и природного газа и необходимость вентиляционной установки для удаления продуктов горения.
Конструкция машины газовой резки Оскольского электрометаллургического комбината (рис. 4.2.17) состоит из эстакады 5, тележки 6 с четырьмя катками 7 и приводом 75 перемещения тележки по направлению движения слитка. На раме тележки на осях закреплены рычаги 1 и 4 с приводом от пневматических цилиндров соответственно 16 и 9. На этой же раме установлена каретка 8 резака 3 с возможностью поперечного перемещения каретки по рельсам 13 от привода 12 и зубчатого зацепления колеса Юс рейкой 77.
Рис. 4.2.17. Машина газовой резки блюмов
182
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Коллектор 2 закреплен на каретке и перемещается совместно с резаком, подъем которого осуществляется электроприводом 14. Шланги и кабели энергоснабжения присоединены к раме МГР с помощью траковой цепи 77, которая размещена по ходу рамы в желобе 18.
Машина выполняет перемещения: тележки по рельсам 19 эстакады, каретки по рельсам рамы тележки и резака в вертикальном направлении, а также осуществляет прижим захватов 1 и 4 к движущемуся слитку. На каждый ручей предусматривают свою машину газовой резки.
Порядок работы МГР. Перед началом цикла машина стоит в исходном положении. Захваты 1 и 4 механизмов сцепления разведены, привод 15 механизма перемещения заторможен. Подается команда на выполнение резки, растормаживается привод, пневмоцилиндр 9 сжимает захват 4. Рама 6, сцепленная с движущимся слитком рычагами 4, начинает перемещаться со скоростью слитка по рельсам 19. В резак 3 подается режущий кислород, а каретка 8 начинает перемещать резак поперек слитка. Происходит разрезка слитка. По окончании реза захваты 4 разводятся, включается привод перемещения рамы в сторону противоположную движению слитка, и рама тележки перемещается в исходное положение.
Рычаги 4 также служат для транспортирования хвостовой обрези, а рычаги 7 - головной обрези в короба, расположенные ниже роликов рольганга.
Коллектор 2 используют для подачи струи воды под слиток в месте разрезки для эффективного пылеподавления. Резак в процессе работы охлаждается водой.
Контроль положений тележки, каретки, механизмов зажима и резака осуществляют конечными выключателями.
Техническая характеристика МГР
Размеры слитка, мм: толщина............... 300
ширина.............. 360
длина............... 6000	- 12 000
Ход машины, мм: рабочий.............. 2500
максимальный........ 4400
Скорость перемещения рамы при возврате, мм/мин....	9000
Скорость перемещения резака, мм/мин: при разрезке............ 60 - 200
при отводе.......... 1960
Скорость подъема резака, мм/мин................... 980
Мощность электродвигателей, кВт: механизма перемещения рамы...................... 2,50
механизма перемещения каретки................ 0,37
механизма подъема резака .................... 0,37
Сила сжатия захватов, кН . . . 48,60 Масса, кг................. 15 000
Устройства механического воздействия на разрезаемый слиток являются машинами безотходного раскроя и экологически чистого производства заготовок. К тому же использование гидравлических ножниц и машин импульсной резки приводит к уменьшению длины МНЛЗ благодаря малому перемещению заготовки при резе.
Недостатки этих машин - высокая металлоемкость, сложность в изготовлении, а также большие эксплуатационные затраты.
Применение машин. Гидравлические ножницы используют для разрезки слитков сечением более 200 х 200 мм, машины импульсной резки - для заготовок сечением до 200 х 200 мм.
Типы ножниц. Ножницы, применяемые для разрезки слитков МНЛЗ, по направлению резания можно разделить на три типа: с перемещением верхнего ножа (рис. 4.2.18, а), с перемещением нижнего ножа (рис. 4.2.18, б), с ограниченным перемещением верхнего ножа и неограниченным - нижнего (рис. 4.2.18, в). При
Рис. 4.2.18. Ножницы различных типов для разрезки слитков
УСТРОЙСТВА ДЛЯ РАЗРЕЗКИ ЗАГОТОВОК
183
применении ножниц первого типа сила резания передается на ролики рольганга (рольганг в этом случае выполняют качающимся). На консгрукцию ножниц второго типа в процессе резания передаются часть веса слитка и сила, равная реакции, полученной от изгиба слитка при его подъеме. Наиболее рациональны, с точки зрения передачи нагрузок, ножницы третьего типа. С такими ножницами применяют обычные рольганги, и на конструкцию ножниц не передаются лишние нагрузки.
Конструктивные исполнения ножниц. Качающиеся гидравлические ножницы силой резания 15 МН конструкции ПО "Южуралмаш" (рис. 4.2.19) относятся к ножницам закрытого типа с нижним резом с параллельным ходом ножей и ограниченным перемещением верхнего ножа.
Ножницы состоят из люльки 7, подвешенной шарнирно на рычагах 2, которые, в свою очередь, установлены шарнирно на фундаментной раме. В люльке установлен блок ножниц, содержащий гидроцилиндр 6, суппорты подвижный 10 и неподвижный 72, боковины /7 и цилиндр прижима 13. Две боковины
Рис. 4.2.19. Кинематическая схема гидравлических качающихся ножниц (сила резания 15 МН), находящихся в исходном положении
жестко соединены внизу с гидроцилиндром 6, вверху - с неподвижным суппортом таким образом, что создают замкнутую раму, внутри которой по направляющим 11, выполненным на боковинах, перемещается подвижный суппорт, который через пест 16 опирается на плунжер 8. В этот плунжер встроен гидроцилиндр 7 возврата ножей в исходное положение, шток которого жестко соединен с корпусом гидроцилиндра 6. В суппортах закреплены ножи верхний 14 и нижний 15.
Для ограничения хода люльки в процессе резания на рычагах установлен упор 20, для ограничения в исходном положении - упор 4. Уменьшение осевой силы, действующей на слиток при сцеплении с ним ножниц, осуществляется пружинными толкателями 3, возврат люльки в исходное положение - пружинными толкателями 27. Нижний нож в нижнем положении удерживается опорами 9 подвижного суппорта, которые опираются на верх люльки. Для ограничения хода вниз верхнего ножа на люльке выполнены упоры 22, в процессе реза опускающие блок ножниц.
Фундаментная рама, люлька и рычаги выполнены сварными, суппорт изготовлен литьем, для деталей гидроцилиндров использованы поковки, материал ножей - углеродистая сталь с твердосплавной наплавкой режущих кромок.
Оборудование ножниц размещено ниже нулевой отметки. Все исполнительные механизмы скомпонованы в одном блоке, который при необходимости может быть заменен резервным. В гидросистеме используют негорючую жидкость. Для подачи рабочей жидкости в исполнительные механизмы применена насосно-аккумуляторная станция.
Перед началом реза между верхним ножом й слитком зазор 90 - 120 мм, позволяющий пропустить, в случае необходимости, изогнутый слиток. Между нцжним ножом и слитком зазор 20 мм.
Порядок работы гидравлических ножниц. После подачи команды на рез в гидроцилиндр 6 и поршневую полость 18 гидроцилиндра 7 возврата подается рабочая жидкость и блок ножниц с верхним суппортом начинает опускаться до упоров 22, при этом зазор между слитком и верхним ножом уменьшается до минимума. Затем поднимается нижний суппорт, и ножи начинают внедряться в слиток. Ножницы, сцепившись со слитком, перемещаются слитком в направлении его движения. Отрезаемый слиток прижимается к нижнему суппорту гидроцилиццром прижима 13.
После разрезки слитка полость гидроцилиндра 6 включается на слив, а в полость 19 гидроцилиндра 7 подается давление, суппорты с ножами раздвигаются в исходное положение. Люлька с ножницами под действием пружин
184
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
ного блока 21 возвращается в исходное положение. Цикл закончен.
Схождения ножей и крайних положений люльки контролируются конечными выключателями.
Техническая характеристика гидравлических ножниц
Сила резания, МН.......... 15 МН
Размеры слитка, мм: толщина................... 300
ширина................. 400
длина.................. 3000 - 6000
Ход ножа, мм: верхнего................... 85
нижнего................ 330
Гцдроцилиндр разрезки заготовки: диаметр плунжера, мм . . .	850
ход, мм................ 420
число гидроцилиндров ...	1
Гидроцилиндр возврата: диаметр штока / поршня, мм........................ 170/260
ход, мм................ 420
число гидроцилиндров ...	1
Гидроцилиндр прижима: диаметр плунжера, мм . . .	200
ход, мм................ 420
число гидроцилиндров ...	1
Давление в системе, МПа ....	32
Масса ножниц, т........... 80
Машины импульсной резки (рис. 4.2.20). Принцип импульсной резки разработан и предложен сотрудниками Харьковского авиационного института (ХАИ) и заключается в двустороннем ударе по слитку ножами под действием взрыва газового энергоносителя.
Машина импульсной резки содержит камеру сгорания 1 с установленным в ней по оси запирающим устройством (клапаном) 2 автоматического действия гидравлического типа с поршневым гидроаккумулятором. Силу закрытия клапана создают подачей воздуха под давлением в воздушную полость гидроаккумулятора и контролируют его давление манометром в жидкостной полости.
На боковых стенках камеры сгорания установлены клапаны: декомпрессионный 3 (с пневматическим управлением), впускной 4 и предохранительный 5, а также свечные узлы 6 со свечами зажигания. К камере сгорания примыкает рабочий цилиндр 7, в котором размещен и может перемещаться шток 8 с ножом 9 клиновидной формы.
Рис. 4.2.20. Кинематическая схема машины импульсной резки, разработанной для Молдавского металлургического завода ХАИ -ПО "Южуралмаш”
Камера сгорания с рабочим цилиндром и штоком, составляющие энергоузел машины, соединены стяжными Колоннами 10 и шаботом 11, в котором установлен верхний нож 12. Шабот шарнирно подвешен к штоку цилиндра 13, в штоковую полость которого подают сжатый воздух для создания силы, уравновешивающей вес машины. Цилиндр 13 соединен шарнирно с рамой, входящей в конструкцию МНЛЗ. Положение машины относительно слитка, проходящего между ножами в рабочем пространстве машины, регулируют с помощью винта 14.
Принцип работы машины импульсной резки аналогичен принципу работы приведенных ранее гидравлических ножниц.
Техническая характеристика машины импульсной резки МИР-150
Размеры слитка, мм: толщина................. 150
ширина.............. 150
длина..................... 3000	-	6000
Скорость разливки, м/мин ...	3
Скорость разрезки, м/с...... 17,5
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ МАШИН
185
Давление, МПа: газа....................... 0,4
воздуха................... 3
Мощность, кДж................. 250
Масса, т...................... 6
4.2.11.	ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ МАШИН
НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
Гидравлический привод используют в устройствах МНЛЗ, выполняющих следующие операции: перемещение газовых горелок и закрывание промежуточного ковша защитным зондом в позиции разогрева; подъем, опускание и закрывание крышками сталеразливочных ковшей на стенде; подъем и опускание промежуточного ковша на тележке; регулирование расхода жидкой стали из сталеразливочного и промежуточного ковшей; прижатие верхних валков тянущих клетей; отделение затравки от слитка; нарезка слитка на мерные длины и др.
На приведенных далее рисунках в описаниях некоторых гидроприводов, с целью упрощения, не показаны насосные станции управления, пневматические баллоны, компрессоры, оборудование и приборы систем поддержания качества рабочей жидкости, арматура и приборы для контроля и настройки, вспомогательные гидролинии и гидроустройства, не искажающие принципиальные гидравлические схемы.
В качестве рабочей жидкости (если не оговорено особо) используют индустриальное гидравлическое масло с присадками.
Гидропривод подъема сталеразливочных ковшей приведен на рис. 4.2.21. Для их подъема
Рис. 4.2.21. Гидропривод подъема сталеразливочных ковшей
рабочую жидкость из гидробака Б насосами Н1 и Н2 подают под давлением 32 МПа в плунжерный гидроцилиндр Ц при запертом гидрозамке ЗМ.
Для остановки ковшей насосы переводят в режим разгрузки отключением электромагнитов предохранительно-разгрузочных гидроклапанов.
Для опускания ковшей рабочую жидкость через гидрораспределитель Р подают в полость управления гидрозамком, открывая его клапан. Под действием собственного веса столеразливочные ковши опускаются, вытесняя жидкость из гидроцилиндра через гидрозамок в сливную гидролинию, на которой установлены редукционный гидроклапан КР и гидродроссель ДР, обеспечивающие заданную скорость опускания ковшей независимо от нагрузки на плунжер гидроцилиндра.
Давление управления /упР гидрозамком подводят от постороннего источника (например, от пневмогидроаккумулятора гидропривода тянущих клетей) или от гидроцилиндра Ц.
Гидропривод подъема промежуточных ковшей плунжерным гидроцилиндром аналогичен гидроприводу подъема сталеразливочных ковшей. Рабочее давление жидкости 10 МПа.
Гидропривод подъема промежуточного ковша поршневыми гидроцилинрами (рис. 4.2.22). В качестве синхронизатора движения поршней четырех гидроцилиндров Ц1 - Ц4, находящихся под действием различных нагрузок от веса ковша, использован делитель потока ДП, состоящий из четырех шестеренных пар, жестко соединенных между собой общим валом. Обратные гидроклапаны К01 и К02 в совокупности с разгрузочным гидроклапаном КП создают возможность ликвидации накопившегося рассогласования по пути с целью выравнивания ковша в конечных положениях. При подходе любого из поршней раньше других к верхнему конечному положению рабочая жидкость из его гцдролинии через К01 и КП сбрасывается в гцдробак Б. При аналогичной ситуации в нижнем конечном положении поршня рабочая жидкость всасывается в гидролинию из гидро-бака через К02.
186
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.2.22. Гидропривод подъема промежуточного ковша поршневыми гнроцилиццрами
Рис. 4.2.23. Гидропривод шиберного затвора ковша
Гидропривод шиберного затвора ковша (рис. 4.2.23). Шибер ковша приводится в движение от гидроцилиндра Ц. Рабочая жидкость от насоса Н1 (или Н2) подается под давлением 12,5 МПа к гидроцилиндру Ц через включенный гидрораспределитель Р2У электрогид-равлическое устройство УЭГ и открытый двусторонний гидрозамок ЗМ.
Электрогидравлическое устройство УЭГу состоящее из электромеханического преобразователя, гидроусилителя типа сопло-заслонка и гидрораспределителя, входит в состав следящей системы стабилизации уровня металла в кристаллизаторе и предназначено для преобразования входного электрического сигнала в пропорциональные ему расход масла и ход гидроцилиндра Ц.
Направление движения штока гидроцилиндра зависит от полярности входного электрического сигнала.
Настройка давления управления (2,0 -6,3 МПа) гидроусилителем осуществляется с помощью редукционного гидроклапана КР и контролируется по манометру.
Гидрораспределитель Р1 предназначен для резервного управления шибером, при этом гидрораспределитель Р2 и гидрозамок ЗМ закрыты.
Гидропривод тянущих клетей (рис. 4.2.24) применяют для подачи рабочей жидкости к гидроцилиндрам тянущих клетей. Насосноаккумуляторные станции привода состоят из двух одинаковых по конструкции секций СНАС1 и СНАС2У отличающихся давлением настройки предохранительно-разгрузочных гидроклапанов насосов Н1 и Н2. Пневмогидроаккумулятор АК с разделителем сред (масло -азот) используют для обеспечения постоянного прижатия верхних валков тянущих клетей к затравке или слитку при периодически рабо-
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПРИВОДЫ МЕХАНИЗМОВ И УСТРОЙСТВ МАШИН
187
Рис. 4.2.24. Гидропривод тянущих клетей
тающих насосах Н1 и Н2, управляемых от бесконтактных конечных выключателей, контролирующих положение штока распределителя. Контроль давления осуществляется самопишущим показывающим и электроконтакт-ным манометрами, установленными на напорной гидролинии.
Гидропанели управления гидроцилиндрами каждого ручья МНЛЗ объединены в блоки БП1 - БП4. Каждая тянущая клеть, независимо от других, может работать в соответствии с требованиями технологии разливки на низком (10 МПа от CHACI) или высоком (16 МПа от СНАС2) ^явлениях.. Переключение давлений осуществляется гидрораспределителями Р4 - Р6. Подъемом и опусканием (прижатием) верхних валков управляют с помощью гидрораспределителей Pl - РЗ. Для контроля прижатия на напорных гидролиниях штоковых полостей гидроцилиндров установлены злектроконтактные манометры.
В начале разливки при вытягивании затравки со слитком возможно повышение давления в гидроприводе, вызываемое вытеснением более высоким, чем затравка, слитком рабочей жидкости из штоковых полостей гидроцилиндров в напорную гидролинию при полностью заполненном разделителе. Чрезмерное
повышение давления приводит к срабатыванию предохранительного гцдроклалана КП.
Гидропривод ножниц (рис. 4.2.25). В исходном положении ножей штоковая полость гидроцилиндра Ц возврата ножей находится под давлением 32 МПа, создаваемом напорной гидролинией насосно-аккумуляторной станции (СНА). При этом полость плунжерного гидроцилиндра разрезки заготовки и поршневая полость гидроцилиндра возврата через 2-клапанный гидрораспределитель Р1 соединены со сливной гидролинией СНА. По команде на рез эти полости через гидрораспределитель Р1 соединяются с напорной гидролинией СНА, ножи сводятся и отрезают от непрерывнолитого слитка мерную заготовку.
Состав СНА: рабочие насосы Н1 и Н2У подпиточные насосы НЗ, подающие водомас-ляную эмульсию из гидробака Б1 во всасывающие гидролинии насосов Н1 и Н2, пневмогидроаккумулятор АК с двумя колонками (рабочей и резервной) с сигнализаторами уровня; главный запорный вентиль ВН, клапан минимального уровня КЛУ предотвращающий чрезмерное опорожнение гидравлического баллона.
188
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Рис. 4.2.25. Гидропривод ножниц
Управление гидрораспределителем Р1 осуществляется от насосов Н4 через гидрораспределитель Р2.
4.2.12.	ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
Назначение электропривода и систем автоматизации - осуществление в реальном масштабе времени исполнительных функций механизмов, функций контроля технологических параметров и состояния механизмов, управления механизмами МНЛЗ и технологическими операциями разливки стали.
Системы автоматизации МНЛЗ обеспечивают:
требуемое качество отливаемых заготовок благодаря программному управлению процессом в зоне вторичного охлаждения и стабилизации уровней металла в промежуточном ковше и кристаллизаторе;
увеличение выхода годных заготовок в результате оптимизации раскроя слитка на мерные длины;
предупреждение аварийных ситуаций благодаря контролю параметров технологического процесса, а также параметров работы электрического и механического оборудования МНЛЗ.
Построение автоматизированных систем управления технологическим процессом непрерывного литья заготовок выполняют по иерархическому принципу с выделением двух уровней управления.
На верхнем уровне с использованием мини- или микроЭВМ реализуются функции контроля и управления всей МНЛЗ, контроль технологического процесса и состояния оборудования, формирование управляющих сигналов для локальных подсистем нижнего уровня, формирование отчетной документации, отображение информации на видеотерминалах, обмен информацией с другими подсистемами, рассчитываются математические модели технологического процесса.
На нижнем уровне с помощью датчиков, локальных регуляторов (в том числе микропроцессорных) и исполнительных механизмов, включая силовой электропривод, осуществляются сбор информации и ее обработка, контроль и регулирование технологических параметров, а также непосредственное управление механизмами МНЛЗ.
Как правило, на нижнем уровне технологической автоматизации МНЛЗ реализуют следующие функции:
измерения: массы металла в сталеразливочном ковше, температуры жидкого металла
ЭЛЕКТРОПРИВОД И АВТОМАТИЗАЦИЯ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК 189
и его уровня в промежуточном ковше, уровня металла в кристаллизаторе, температуры поверхности слитка на выходе из зоны вторичного охлаждения, а также общей и мерной длин слитка;
регулирования уровней металла в промежуточном ковше или массы металла в промежуточном ковше;
управления расходом воды в кристаллизаторе, подачей воды и воздуха в зону вторичного охлаждения, мерной разрезкой и оптимальным раскроем слитка, скоростью вытягивания слитка (скоростью разливки), частотой качания кристаллизатора и электроприводами механизмов МНЛЗ, а также системами гидравлики, смазывания и охлаждения;
контроля за состоянием оборудования перед началом и во время разливки.
Измерение массы металла в сталеразливочном ковше с точностью до 0,7 % осуществляют с использованием тензорезисторных или магнитоупругих датчиков.
Для измерения температуры металла в ковшах используют термоэлектрические преобразователи (термопары) со сменными блоками.
Уровень (масса) металла в промежуточном ковше определяется системой с силоизмери-телъными датчиками, встроенными в конструкцию несущей тележки. Поддержание заданного уровня металла в промежуточном
ковше воздействием на шибер сталеразливочного ковша осуществляется с точностью ±25 мм.
Системы измерения и поддержания заданного уровня жидкого металла в кристаллизаторе на сортовых МНЛЗ преимущественно работают на радиоизотопных датчиках уровня. Эти системы имеют большое значение для качества отливаемого слитка.
Управление тепловым режимом слитка в зоне вторичного охлаждения играет важную роль в стабильном получении качественных заготовок, особенно при разливке трещиночувствительных сталей и сталей специальных марок, в большей степени склонных к образованию поверхностных и внутренних дефектов. Заданный тепловой режим охлаждения с оптимальным распределением температур на поверхности и внутри непрерывного слитка обеспечивается системой управления вторичным охлаждением, которая осуществляет контроль и управление подачей воды и воздуха в секции зоны вторичного охлаждения. При этом используются специальные математические модели, воспроизводящие процессы затвердевания и охлаждения заготовки. Структурная схема общего алгоритма, управления водовоздушным охлаждением, разработанная ВНИИ-Метмашем, приведена на рис. 4.2.26.
Рис. 4.2.26. Структурная схема общего алгоритма управления водовоздушным охлаждением непрерывно-литой заготовки:
G и р - соответственно расход и давление воды и воздуха; L - мерная длина заготовки; Т- температура металла в промежуточном ковше
190
Глава 4.2. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ СТАЛЬНЫХ СОРТОВЫХ ЗАГОТОВОК
Раскрой непрерывно-литого слитка на заготовки заданных размеров обеспечивается системой управления с учетом минимизации отходов. Измерение общей и мерной длин осуществляется импульсными датчиками.
Система централизованного контроля предназначена осуществлять перед началом разливки автоматический контроль готовности оборудования МНЛЗ, во время разливки - до-пусковый контроль технологических параметров и контроль состояния оборудования.
Привод механизмов МНЛЗ, для которых необходимо плавное регулирование и точность поддержания скорости (механизмы вращения валков тянущих клетей и качания кристаллизатора, машины газовой резки), осуществляют от электродвигателей постоянного тока, остальных механизмов - от электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым или фазным ротором.
Для осуществления электропитания электродвигателей постоянного тока и их управления используют регулируемые тиристорные преобразователи с системами регулирования, защиты и сигнализации. Для подведения электропитания к электродвигателям переменного тока приводов механизмов с плавным пуском и торможением (механизмы поворота траверсы подъемно-поворотного стенда и передвижения тележек для промежуточных ковшей) и повышенной частотой включения (рольганги й сталкиватели), а также и для управления ими
применяют тиристорные регуляторы переменного тока, обеспечивающие регулирование действующего значения выходного напряжения без изменения частоты.
Программно-логическое управление электроприводами МНЛЗ реализуют на микропроцессорных программируемых контроллерах (ПК), объединенных в локальную сеть, обеспечивая при этом сбор информации в виде дискретных, аналоговых, импульсных сигналов о состоянии оборудования, положении механизмов и органов ручного управления, ее обработку и выдачу сигналов управления внешним силовым аппаратам и устройствам сигнализации. Обмен информацией с автоматизированной системой управления МНЛЗ осуществляется по каналу интерфейсной связи.
Автоматическое и ручное управление предусматривают для механизмов МНЛЗ. Аппаратуру управления и сигнализации размещают на пультах, устанавливаемых в постах управления на разливочной площадке, в районе разрезки слитков и в помещении насосно-аккумуляторной станции. Кроме этого, часть аппаратов управления устанавливается на рабочих местах разливочной площадки.
Структурная схема питания и управления для электроприводов механизмов основной технологической линии МНЛЗ приведена на рис. 4.2.27.
Кобш про"tvcyточный
Рис. 4.2.27. Структурная схема питания и управления механизмов основной технологической линии МНЛЗ: 1 и 2 - неприводные валки соответственно с прижимом и без прижима;
3 и 4 - приводные валки с прижимом и без прижима; 5 - ключ управления; 1ПУ1А 2ПУ - посты управления; РМР - рабочее место; КТЭ1 - КТЭЗ - тиристорные электроприводы постоянного тока; PT, PH н PC - регуляторы соответственно температуры, напряжения и скорости;
ЗИ - задргчик интенсивности
РАЗНОВИДНОСТИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА 191
Сравнение назначения и функций электропривода и систем автоматизации МНЛ заготовок и МНЛ слябов (см. п. 4.1.9), показывает много общих принципиальных решений. Следует иметь в виду, что исключительно высокие темпы развития средств автоматики на базе компьютерных технологий позволяет совершенствовать системы управления и контроля, ставить и решать новые задачи, многие из которых сегодня только предполагают участие оператора, владеющего большим опытом работы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Евтеев Д. П., Соколов Л. П., Лебедев В. И. О выборе граничных условий при расчетах затвердевания слитка // Сталь, 1975. № 1. С. 32 - 34.
2.	Кобелев В. П. Условия применения синусоидального закона качания кристаллизатора УНПС Ц Сталь, 1967. № 6. С. 503 - 506.
3.	Лебедев В. И., Евтеев Д. П. Оптимальные параметры синусоидального закона возвратно-поступательного движения кристаллизатора // Сталь, 1973. № 4. С. 315 - 317.
4.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. Т. 2. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребенюк и др. М.: Металлургия, 1987. 327 с.
5.	Пальмере А., Этьен А., Миньон Ж. Расчет механических и термических напряжений в непрерывно-литой заготовке // Черные металлы, 1979. № 19. С. 3 - 11.
Глава 4.3
МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА С ОДНОСТОРОННИМ И ДВУСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ ЗАГОТОВКИ
4.3.1. РАЗНОВИДНОСТИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА и ПРИНЦИПЫ ИХ УСТРОЙСТВА
Отличительные признаки МНЛЗ горизонтального типа (МНЛЗ ГТ) - горизонтальная или наклонная (до 20°) к горизонту технологическая ось и герметичная состыковка метал-лоприемника с кристаллизатором, позволяющая вывести мениск металла в металлоприем-ник. Открытый подвод металла в кристаллизатор в МНЛЗ ГТ не получил промышленного применения.
Существующие промышленные МНЛЗ ГТ предназначены для литья сортовых заготовок, но интенсивно ведутся разработки, направленные на создание тонкослябовых установок для литья легированных сталей. Обзоры по действующим установкам приведены в работах [5, 11].
Преимущества и недостатки горизонтального непрерывного литья. Преимущества МНЛЗ ГТ, по сравнению с установками других типов, следующие:
с технологической точки зрения - отсутствие вторичного окисления металла в кристаллизаторе, изгиба и разгиба слитка в зоне вторичного охлаждения (ЗВО), низкое давление жидкой фазы слитка в ЗВО и меньшее выпучивание оболочки, высокая теплоотдача в кристаллизаторе, исключение загрязнения поверхности слитка неметаллическими включениями, меньшая ликвация по периферии слитка, исключение заворотов корки и простота пуска;
с конструктивной точки зрения - меньшая высота МНЛЗ, в 2 - 4 раза меньшая металлоемкость (благодаря упрощению оборудования ЗВО), отсутствие системы регулирования уровня металла в кристаллизаторе, простота установки электромагнитного перемеши-вателя (ЭМП) в ЗВО, возможность работы без шибера на металлоприемнике;
с точки зрения эксплуатации - упрощение выставки и контроля настройки узлов вдоль технологической оси, простота обслуживания оборудования и его переналадки на разные сечения слитка, отсутствие загрязнения охлаждающей воды фторсодержащими компонентами, исключение зарастания дозатора и облегчение ликвидации последствий прорывов;
с экономической точки зрения - возможность литья качественных мелкосортных заготовок, меньшие на 30 - 40 % капитальные затраты, возможность размещения в действующих цехах, перспективность совмещения с высокоредукционными агрегатами деформации, применение в составе литейно-прокатных комплексов и агрегатов.
Недостатки, возникающие в результате особенностей оборудования и процесса горизонтального непрерывного литья следующие:
с технологической точки зрения - формирование специфических поверхностных дефектов, большие силы вытягивания слитка, склонность к формированию осевых дефектов и асимметрия затвердевания, отсутствие рафинирования от включений в кристаллизаторе, тенденция к неравномерному по периметру кристаллизатора охлаждению при литье сортовых заготовок, необходимость запаса по перегреву металла при подаче его по металлопро-воду;
с конструктивной точки зрения - потребность в специальных огнеупорах;
с эксплуатационной точки зрения -меньшая стойкость кристаллизаторов, ограниченная серийность разливок, более высокие требования к подготовке воды на охлаждение кристаллизатора;
192
Глава 4.3. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА
с экономической точки зрения - повышенные потери металла с концевой обрезью слитка, меньшая скорость вытягивания и производительность машины.
Эффектность применения МНЛЗ ГТ. Специфическое сочетание преимуществ и недостатков горизонтального непрерывного литья обусловило эффективность применения МНЛЗ ГТ в следующих случаях:
при разливке легированных сталей, содержащих в том числе большие количества алюминия, марганца, хрома и других активных элементов (например, коррозионно-стойкие стали ферритного и аустенитного классов); трещиночувствительные марки, в том числе инструментальные стали и жаропрочные сплавы (особенно для крупных сечений слитка);
при разливке широкого сортамента сталей, в том числе и углеродистых, в цехах с дуговыми электропечами малой и средней вместимости и мартеновских цехах при годовой программе 10 - 200 тыс. т в год на одной МНЛЗ в зависимости от сечения слитка и числа ручьев;
при литье прутков диаметров 3 мм и более, круглых заготовок диаметром 50 - 365 мм и расходуемых электродов мелкого и среднего сечений для переплавных процессов;
при реконструкции сталеплавильных и сталелитейных цехов с переходом на непрерывное литье и при замене устаревших МНЛЗ других типов;
на мини-заводах, в том числе при расширении марочного и размерного сортамента;
при широком размерном сортаменте заготовок;
при использовании совмещенных литейно-прокатных комплексов и литейнопрокатных агрегатов для литья мелкосортных и тонкослябовых заготовок.
Классификация МНЛЗ ГТ. В зависимости от схемы формирования слитка в кристаллизаторе МНЛЗ ГТ подразделяют на установки с одно- и двусторонним вытягиванием заготовки; в зависимости от кинематики движения слитка относительно кристаллизатора МНЛЗ - на установки с неподвижным блоком металлоприемник - кристаллизатор и качающимся, вдаль технологической оси блоком.
Сочетание этих классификационных признаков позволяет выделить три основных вида МНЛЗ ГТ:
с односторонним периодическим вытягиванием заготовки из неподвижного кристаллизатора;
с односторонним непрерывным вытягиванием заготовки из качающегося вдоль оси МНЛЗ кристаллизатора (разработчик - фирма "Крупп”, Германия);
с двусторонним вытягиванием заготовки из качающегося кристаллизатора (разработчик -ВНИИметмаш, Россия).
Для двух последних видов МНЛЗ, в сравнении с установками периодического вытягивания, характерны более простой привод механизмов вытягивания слитка и ограниченная вместимость металлоприемника, что требует высокой чистоты жидкого металла по неметаллическим включениям.
Узлы МНЛЗ ГТ. Основным отличительным узлом МНЛЗ ГТ является жесткий блок металлоприемник - кристаллизатор, обеспечивающий герметичное соединение этих элементов посредством огнеупорного металлопровода, по каналу которого жидкий металл без разрыва струи поступает из металлоприемника в кристаллизатор. Металлопровод состоит из стакана-питателя необходимой длины и состыкованного с ним керамического кольца, установленного плотно в кристаллизаторе в контакте с охлаждаемой рабочей стенкой.
Подобное устройство МНЛЗ ГТ позволяет вывести мениск разливаемого металла в металлоприемник, при этом формирование оболочки слитка в кристаллизаторе начинается на керамическом кольце, в зависимости от условий охлаждения и тепловых свойств которого ширина периферийной зоны (по этой зоне затвердевает расплав) достигает 8 мм [1].
Особенности металлопровода для различных МНЛЗ ГТ. В МНЛЗ с односторонним вытягиванием заготовки (рис. 4.3.1) ось металлопровода совпадает с технологической осью, так что металлоприемник состыковывается с передним торцем кристаллизатора, а разделительное кольцо выполняет роль торцевой стенки горизонтального кристаллизатора. Слиток вытягивается из кристаллизатора через открытый задний торец.
В МНЛЗ с двухсторонним вытягиванием заготовок (рис. 4.3.2) ось металлопровода перпендикулярна технологической оси, поэтому жидкий металл через питающее кольцо, установленное в середине одной из рабочих стенок кристаллизатора, подается внутрь полости горизонтального кристаллизатора в его центральной части, а два слитка вытягиваются в противоположных направлениях через оба открытые торца кристаллизатора. В двусторонних МНЛЗ возможно получение сортовых заготовок сечением до 350 х 400 мм и слябовых толщиной 50 мм.
Формирование слитая. При одностороннем периодическом вытягивании происходит циклическое формирование оболочки слитка, причем в цикле вытягивания выделяют период паузы тп, когда слиток неподвижен и оболочка нарастает как на разделительном кольце, так и на гильзе кристаллизатора, и период рывка тр, когда при вытягивании слитка из кристаллизатора происходит отрыв оболочки от кольца и поступление новой порции расплава в кристаллизатор.
РАЗНОВИДНОСТИ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА 193
Рве. 4.3.1. МНЛЗ ГТ с односторонним вытягиванием:
1 - сталеразливочный ковш; 2 - металлоприемник; 3 - кристаллизатор; 4 - зона вторичного охлаждения;
5 - тянущее устройство; 6 - гидравлические ножницы; 7 - устройство для уборки заготовок;
8 - устройство, подающее затравку
Рис. 4.3.2. МНЛЗ ГТ с двусторонним вытягиванием:
I - сталеразливочный ковш; 2 - тележка сталеразливочного ковша; 3 - металлоприемник; 4 - кристаллизатор; 5 - механизмы качания кристаллизатора; 6 - зона вторичного охлаждения; 7 - тянущая клеть;
8 - электромеханические ножницы; 9 - устройство для уборки заготовок
Зона сплавления оболочки, сформированной в предыдущем цикле вытягивания на кольце, с расплавом при рывке является дефектной. Соответствующая ей поверхностная поперечная несплошность носит название "спай шагов", зона сплавления фронтов затвердевания с кольца и ранее сформированной оболочки во время паузы имеет вид мелкой поперечной трещины и носит название "спай фронтов". Обеспечение высокого качества поверхности слитка требует увеличения частоты f вытягивания и перегрева ДТ расплава, при этом глубина I спаев шагов уменьшается по зависимости [31]
/ = -^ + -^=- + £3,	(4.3.1)
77 дг2
где Су С%, С3 - константы для отливаемых сталей и конструкции кристаллизатора.
Соответственно, для получения качественных слитков требуется увеличение частоты вытягивания до 150 - 200 мин’1 и ДТ = 20 -80 °C, что, в свою очередь, обусловливает необходимость применения электромагнитного перемешивания в конце зоны вторичного охлаждения для формирования качественной осе-7 Зак 10Х
вой зоны. Подробно принцип работы МНЛЗ ГТ с односторонним периодическим вытягиванием рассмотрен в работе [18].
Необходимое для сплавления фронтов время паузы тп в 1,5 - 2 раза превышает тр, а скорость рывка ограничена условиями прочности слитка, поэтому средняя скорость литья при периодическом вытягивании ниже, чем в МНЛЗ вертикального и криволинейного типов. В связи с этим получили распространение схемы вытягивания с "обратным ходом", при которых схему рывок - пауза заменяют на схему рывок - пауза - обратный ход - пауза.
Во время обратного хода слиток движется в направлении противоположном основному и поджимается к разделительному кольцу, при этом снимается повреждающее действие растягивающих напряжений в слитке периода рывка. Кроме того, компенсируется усадка слитка и уменьшается глубина спаев фронтов. Схема позволяет сократить время паузы и увеличить среднюю скорость литья. Применение обратного хода до 0,4 мм требует точности перемещения слитка ±0,1 мм, времени ±0,01 с, что вызывает необходимость применения специальных механизмов вытягивания и средств контроля [30].
194	Глава 4.3. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА
Предельный вариант схемы литья с обратным ходом - литье с непрерывным односторонним вытягиванием из качающегося кристаллизатора, когда в каждом цикле качания с частотой f и амплитудой А период опережения
1	v
топ = “7arccosT"77’	03.2)
я/	2л/4
где v - скорость вытягивания слитка.
Кристаллизатор опережает слиток в направлении вытягивания и, благодаря трению, создает снимающие напряжения в оболочке слитка, как и в традиционных типах МНЛЗ. Этя схема позволяет получать качественные заготовки квадратного и круглого сечения при частоте качаний кристаллизатора 360 мин*1, при этом вместимость металлоприемника составляет 1 - 8 т [28].
При двустороннем вытягивании заготовок питающее кольцо установлено в одной из рабочих стенок (или грани гильзы) заподлицо с рабочей плоскостью, и при качании кристаллизатора вдоль слитка не происходит отрыва оболочки слитка от кольца, поэтому дефект типа спаев шагов отсутствует. Это позволяет применять режимы качания с обычными в практике литья опережениями 0,1 - 0,2 с в цикле вытягивания. Зона расхождения слитков в окрестности центра кристаллизатора именуется зоной начального формирования слитков (ЗНФС), и в тепловом отношении является, аналогом мениска в вертикальных и радиальных кристаллизаторах.
Преимущества схем с обратным ходом и опережением - снижение максимальной скорости Vp вытягивания слитка в цикле вытягивания, что, в свою очередь, приводит к снижению пиковых плотностей теплового потока на входе в кристаллизатор, пропорциональных
и повышению ресурса кристаллизатора.
Уровень пиковых плотностей теплового потока-10-20 МВт/м2 [8].
4.3.2.	МАШИНЫ С ОДНОСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ ЗАГОТОВОК
Кристаллизатор и система его охлаждения. В МНЛЗ с односторонним вытягиванием применяют гильзовые крцсталлизаторы, в основном 2 - 4-секционные, в которых головная часть (гильза) длиной 100 - 200 и толщиной стенки 8-12 мм, а хвостовая часть состоит из графитовой охлаждаемой втулки при литье круглых слитков или охлаждаемых плитных холодильников, в том числе графитовых, с поджимом при литье прямоугольной заготовки. Применяют также секционирование гильзы по длине на две части, которое позволяет увеличить теплосъем в кристаллизаторе, уменьшить
силу трения, действующую на слиток, а также снизить удельный расход материала гильз. Общая длина кристаллизаторов составляет, в зависимости от сечения и конструкции, 350 -1700 мм.
В общем случае головная часть кристаллизатора состоит из гильзы, корпуса и обтекателя, формирующего потоки охлаждающей воды.
Гильзы. Крепление гильзы к корпусу выполняют безфланцевым и посредством фланца на гильзе - в ее головной части. На переднем конце гильзы предусмотрено посадочное место для установки разделительного кольца (цилиндрического, конусного или прямоугольного). Во ВНИИМетмаше разработана конструкция гильзы прямоугольного сечения с цилиндрической законцовкой, позволяющая использовать цилиндрические кольца (такие кольца легче обрабатывать и устанавливать), а также унифицированные кольца для гильз различных сечений.
В процессе литья гильза подвергается пиковому термонагружению на длине до 100 мм от входа в кристаллизатор. В цикле вытягивания тепловой поток достигает, МВт / м2: 10 средний; 20 максимальный; до 4 средний по длине гильзы. Температура на охлаждаемой стороне гильзы составляет, °C: 200 в головной части; 500 и более в рабочей.
Повреждающими факторами для гильзы являются: абразивное воздействие со стороны слитка, пульсирующие сжимающие напряжения на рабочей стороне в пластической области и пульсирующие растягивающие напряжения на охлаждаемой стороне. Посадочное место кристаллизатора теплоизолировано от расплава кольцом, что создает высокий осевой градиент температур в головной части гильзы.
В процессе эксплуатации происходит рекристаллизация приповерхностного слоя на внутренней стороне гильзы, а накопление повреждений в материале гильзы приводит к снижению ее теплопроводности на 6 -15 %. При эксплуатации гильза подвергается усталостному нагружению (в том числе неизотермическому) от термических напряжений, ползучести и износу. В усталостном повреждении около 50 % приходится на последствия от переходных процессов при литье - резке, остановках и пусках.
Стойкость гильз. Столь сложные условия эксплуатации гильз обусловливает их стойкость не более 2000 т по литой стали с ремонтами и межремонтную стойкость до 500 т. Лучшая стойкость - у термообрабатываемых бронз берилиевых, кобальт-берилие-вых, никель-берилиевых и хром-циркониевых, удовлетворительная - у меди М1р, М2р и близких к ним металлов. Эти сплавы и металлы обладают рациональным сочетанием теплопроводности, термо прочности и твердости [12, 13]. При изготовлении гильз необходим кон
МАШИНЫ С ОДНОСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ ЗАГОТОВОК
195
троль химического состава и электропроводности материала.
Для повышения твердости рабочей поверхности гильзы некоторые фирмы применяют нанесение гальванических износостойких покрытий с рабочим слоем из никеля или хрома.
Установлено, что нанесение никельхромовых покрытий на гильзу из меди М2р в 1,5 раза увеличивает ее ресурс, существенно снижается разброс по стойкости между гильзами, в 3 раза уменьшается число прорывов при литье. По-видимому, одним из факторов повышения стойкости гильз является упрочнение приповерхностного слоя в результате диффузии никеля в процессе эксплуатации гильзы за время, предшествующее разрушению покрытия в ходе разливки.
Хорошие результаты могут быть достигнуты при применении никель-фосфорных покрытий после термообработки, имеющих твердость до 10 ГПа [7, 19].
Перспективны самосмазывающиеся покрытия, содержащие трафит, нитрид бора, плавиковый шпат и другие компоненты, снижающие трение [16].
Имеется положительный опыт применения на гильзах в МНЛЗ ГТ никелевых покрытий, содержащих фгоркарбен, который является высокотемпературным антифрикционным компонентом.
Ограниченное применение нашло нанесение пластичных смазочных материалов на гильзы. При небольшой длительности разливок может быть рекомендовано применение дисульфида молибдена. Лучших результатов можно достичь при использовании смеси порошков меди, силиката лития и графита. Имеется опыт ввода хлопкового масла в стыки сборного горизонтального кристаллизатора [2].
Снижение числа трещин. Для снижения числа продольных угловых трещин радиус закругления в углах гильз должен быть не более 5 мм. Практическое применение нашли такие перспективные решения, как подготовка блока металлоприемник - кристаллизатор с разогревом металлоприемника вне МНЛЗ, профилактический ремонт гильз, применение конусных кристаллизаторов, в том числе с автоматическим регулированием конусности, ориентирование диагонали кристаллизатора в вертикальном направлении, послойное формирование слитка в головной части гильзы.
Охлаждение кристаллизаторов. Расход воды на охлаждение кристаллизаторов составляет 5 - 10 л на 1 кг стали. Вода подается к кристаллизатору под давлением 0,6 - 0,7 МПа, скорость обтекания ею гильзы 7-12 м/с. Интенсивный теплосъем в кристаллизаторе обусловливает желательность смягче
ния охлаждающей воды, в противном случае следует периодически отмывать гильзы от накипи.
Охлаждение головной части гильзы водой происходит в режиме поверхностного кипения с недогревом в ядре потока. Для расчета температуры на охлаждаемой стороне гильзы можно использовать уравнение
t = 100^7 + 0,96^41 - 0,105^7^ • IO-6)03,
(43.3) где р - давление охлаждающей воды, кг/см2; q - плотность теплового потока, Вт/м2.
Для горизонтальных кристаллизаторов необходим расчет системы водяного охлаждения на кризис теплоотдачи. Критический тепловой поток является функцией скорости, давления и температуры воды; расчет следует вести для минимальных расхода и давления воды при максимальной летней температуре по методике, изложенной в работе [14].
Устойчивая эксплуатация гильз возможна при коэффициенте запаса по среднему значению q = 1,5-2 относительно критического.
Электромагнитное перемешивание (ЭМП) жидкой фазы слитка в МНЛЗ ГТ, как и в установках других типов, является важнейшим средством повышения качества литых заготовок.
Роль ЭМП при горизонтальном литье усиливается вследствие следующих обстоятельств: возможной при отсутствии шлака в кристаллизаторе неравномерности по периметру затвердевания металла, тенденции к смещению вверх теплового центра затвердевания до 3 % диаметра слитка и затруднение подпитки расплавом центральной зоны слитка при замедлении просачивания расплава через твердожидкую зону вследствие низкого давления расплава в ЗВО.
В отличие от традиционных МНЛЗ, применение ЭМП в кристаллизаторе не предполагает усиления рафинирования от неметаллических включений. ЭМП в кристаллизаторе обеспечивает повышение качества подкорковой зоны и равномерности затвердевания по периметру слитка, снижение глубины спаев в результате интенсификации теплоотдачи от расплава к разделительному кольцу с одновременным снижением перегрева жидкой фазы слитка, что улучшает структуру осевой зоны.
Негативный эффект применения ЭМП в кристаллизаторе - снижение (до 20 %) толщины оболочки слитка в кристаллизаторе.
ЭМП в зоне вторичного охлаждения препятствует развитию зоны столбчатых кристаллов и способствует формированию зоны
Т
196 Глава 4.3. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА
равноосных разориентированных кристаллов в центре слитка, что снижает осевую пористость и ликвацию, устраняет седиментационное осаждение равноосных кристаллов и соответствующую ликвацию в крупных слитках.
Применение ЭМП в кристаллизаторе обеспечивает возможность отказаться от зачистки поверхности слитка для ряда сталей, что повышает выход годных слитков на 2 - 4 %. С применением ЭМП разливают такие стали, как ферритные хромистые коррозионно-стойкие, инструментальные и высокоуглеродистые.
Особенно важно влияние ЭМП на структуру центральной зоны при литье средне- и высокоуглеродистых сталей с большим интервалом кристаллизации, а также мелкого сортового проката, склонного к осевым дефектам. ЭМП позволяет расширять марочный и размерный сортаменты сталей с одновременным снижением обжатия при деформации слитка [4, 6].
Установка систем ЭМП. Все современные МНЛЗ ГТ, предназначенные для разливки легированных сталей, оснащены системами ЭМП. Помимо перемешивателя в кристаллизаторе, устанавливают один - два перемешивателя в ЗВО (один - в конце лунки расплава, например, на таком расстоянии от кристаллизатора, где твердая фаза в сечении слитка составляет 75 - 85 %). Некоторые МНЛЗ снабжены перемещающимися тележками для изменения положения установки ЭМП в ЗВО при смене сечения слитка.
Установки ЭМП в кристаллизаторе -обычно вращательного типа с частотой электропитания 2-50 Гц, установки ЭМП в ЗВО -линейного, вращательного или комбинированного типа. Для снижения пораженности "светлым контуром” (зона отрицательной ликвации) при ЭМП в ЗВО применяют кондукци-онное перемешивание [10] и реверсирование вращения поля с частотой до 1 Гц.
Металлоприемники МНЛЗ ГТ имеют вместимость 2,5 - 40 т с высотой уровня металла, в основном, около 800 мм. Известна МНЛЗ с ванной металлоприемника глубиной 1500 мм.
Увеличение ферростатического давления в слитке повышает качество осевой зоны, но увеличивает пораженность заготовок продольными угловыми трещинами. Практически все МНЛЗ ГТ имеют один - два ручья на металлоприемник, кроме МНЛЗ ГТ для литья прутков, где число кристаллизаторов на один металлоприемник больше. Среднее время пребывания металла в металлоприемнике, в зависимости от конструкции МНЛЗ и требований к качеству слитков, составляет 6-96 мин, в основном 12-18 мин.
Установка металлоприемни-ков. Металлоприемники устанавливают на передвижных тележках, обеспечивающих, в
том числе, состыковку с кристаллизатором и наклон для слива остатков металла и очистки. Металлоприемники имеют приспособления для выставки по высоте при стыковке с кристаллизатором.
Оснащение шибером позволяет сократить головную и хвостовую обрезь слитка, начало литья при заполненном металлоприемнике повышает качество головной части слитка, а закрытие шибера в конце литья предотвращает выливание жидкой фазы слитка. Применение сдвоенного шибера позволяет отвести металлоприемник от кристаллизатора сразу после перекрытия металлопровода.
Футеровка. При разливке легированных сталей для футеровки применяют огнеупоры повышенной стойкости, в том числе магнезитовые и высокоглиноземистые. Для повышения производительности МНЛЗ разогрев футеровки ведут в два этапа: основной -большой горелкой на стенде и догрев - малой горелкой на МНЛЗ. Технология разогрева металлоприемников приведена в работе [3]. Применяют также холодные теплоизолирующие плиты.
Температурный режим работы металлоприемника, в том числе влияние на этот режим вместимости, времени наполнения, футеровки и шлакового режима, рассмотрен в работе [24], а в работе [20] приведена тепловая система ковш - металлоприемник и проанализированы нестационарные процессы, в том числе с учетом замерзания расплава в огнеупорном стакане ковша и температурного расслоения расплава в нем. Тепловые потери в футеровку металлоприемника по ходу литья снижаются с 30 до 10 кВт/м2.
Для большей стабилизации температуры металла при литье применяют нагрев металла в ковше или металлоприемнике.
Для нагрева металла в ковше вместимостью 130 - 150 т применяют дуговой плазмотрон; его же используют ‘для подогрева футеровки ковша. Ковш снабжен газоплотной крышкой. Плазменный нагрев применяют также для нагрева металла в металлоприемни-ках МНЛЗ (для 35-тонного промежуточного ковша мощность плазмотрона до 2 МВт/м2).
Плазменный нагрев позволяет стабилизировать перегрев расплава на уровне (10 ± 5) °C, улучшить рафинировку металла благодаря нагреву шлака и проводить легирование. В отличие от индукционного нагрева при плазменном нагреве не увеличивается износ футеровки.
Применяют также нагрев стали в металлоприемнике МНЛЗ ГТ вместимостью 3 т от индуктора при стабилизации температуры в пределах ±5 °C с компенсацией тепловых потерь до 60 °C. Индукционный нагрев улучшает рафинирование от включений на 25 %. При нагреве проточных объемов металла наблюда
МАШИНЫ С ДВУСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ ЗАГОТОВОК
197
ется запаздывание температуры на выходе на 1 - 2 минуты.
Для металлоприемников МНЛЗ ГТ имеются разработки электрошлакового нагрева на переменном или постоянном токе. При использовании постоянного тока возможно дополнительное удаление кислорода и серы из металла в результате электролиза.
Выбор рациональной схемы нагрева определяется конкретными целями и условиями, в том числе неподвижностью или качанием металлоприемника. Все схемы нагрева сочетаются с продувкой аргоном в металлоприемнике через пробку в днище.
Рафинирование металла от неметаллических включений. Помимо стабилизации температуры рафинирование является важнейшей функцией металлоприемника. Литье качественных сталей на МНЛЗ обусловливает необходимость более глубокого анализа работы металлоприемника, в том числе его гидродинамики ввиду того, что в горизонтальных кристаллизаторах включения не удаляются. Если выбор объема металлоприемника для обычных сталей или традиционных МНЛЗ проводят по среднему времени пребывания расплава в металлоприемнике (до И мин), то для гарантии качества необходимо учитывать наличие зон полного перемешивания (40 - 70 % объема), проточной (20 - 40 %) и застойной.
Наличие зон застойной и полного перемешивания (вихри) ухудшает рафинирование. Гидродинамика металлоприемника зависит от его геометрии, конструкции (шлаковые перегородки, донные дамбы и другие элементы) и поддается математическому (решение 3-мерного уравнения Навье - Стокса) и физическому моделированиям. Методы моделирования течений в металлоприемнике и теория расчета рафинирования включений по кривой распределения времени пребывания изложены в работах [21, 23, 25, 27].
Перспективный способ улучшения рафинирования от включений в металлоприемнике - наложение поперечного магнитного поля 0,1 - 0,3 Т в промежуточных ковшах без перегородок. При этом минимизируется застойный объем, подавляются вихри в ванне и волны на поверхности, в 2 раза увеличивается время пребывания металла в металлоприемнике и улучшается всплывание включений (особенно мелких) [22]. По-видимому, этот метод целесообразен для МНЛЗ ГТ с качающимся металлоприемником, где желательно подавлять поверхностные волны. В условиях резонанса амплитуда колебаний шлака на мениске в металлоприемнике достигает пятидесяти амплитуд качания кристаллизатора, что приводит к загрязнению расплава включениями. Стабилизация мениска ограничивает верх
ний предел диаметра включений у верхней грани слитка [26].
Для МНЛЗ ГТ с качающимся блоком ме-таллоприемник - кристаллизатор вместимость металлоприемника ограничена, и роль всплытия включений в рафинирование мала.
Рекомендации по установке перегородок в металлоприемниках для направления потока металла на покровный шлак содержатся в работе [15].
4.3.3.	МАШИНЫ С ДВУСТОРОННИМ ВЫТЯГИВАНИЕМ ЗАГОТОВОК
Кристаллизатор. Для литья сортовых заготовок со стороной 100 - 200 мм используют гильзовый кристаллизатор, который, при необходимости, может быть выполнен 3-секционным (центральный блок длиной 600 - 800 и периферийные по обоим ручьям - 400 мм гильзового типа или с плитными холодильниками) или 1-секционным с длинной гильзой. В середину верхней стенки гильзы в центре кристаллизатора устанавливают по посадке (конической или цилиндрической) керамическое питающее кольцо.
Воду для охлаждения кристаллизатора подают в его среднюю часть и отводят с периферийных частей, при этом по центру нижней грани кристаллизатора, в самой термонапряженной зоне, где вводится струя расплава, организовано перпендикулярное гильзе струйное охлаждение, что повышает коэффициент теплоотдачи от гильзы к воде и критический тепловой поток.
Расход воды .на охлаждение двустороннего кристаллизатора при подводе воды к его середине равен удвоенному расходу воды на охлаждение односторонних кристаллизаторов таких же сечений. Система установки гильзы в корпусе обеспечивает возможность температурных расширений гильзы в процессе эксплуатации и исключает вытекание охлаждающей воды из кристаллизатора, в том числе в зоне установки питающего кольца.
Охлаждение сборного кристаллизатора сечением 150 х 150 мм, рабочие стенки которого выполнены в виде двух желобообразных вкладышей со стыком в горизонтальной плоскости посередине высоты кристаллизатора и питающим кольцом в верхнем вкладыше, осуществляется через продольные каналы диаметром 18 мм, выполненные в стенках кристаллизатора. Минимально допустимое расстояние от каналов до рабочей поверхности 5 мм. Конструкция вкладышей и крепление их к корпусу обеспечивает рациональную жесткость рабочих стенок и снижает термические напряжения во вкладышах.
Система охлаждения стенок сборного кристаллизатора обеспечивает коэффициент
198	Глава 4.3. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ТИПА
теплоотдачи от каналов к воде около 20 кВт / (м2 • К) на периферии кристаллизатора в режиме конвективного охлаждения, а в центральной части охлаждение интенсифицируется благодаря поверхностному одностороннему закипанию воды в каналах при теплона-гружении стенок на уровне 6 МВт/м2 и скорости вытягивания слитков 0,6 м/мин.
Рабочие стенки эксплуатируют в режиме двухчастотного термонагружения. Высшая частота совпадает с частотой качания кристаллизатора, а низшая обусловлена непериодическими перемещениями зоны начального формирования слитков по длине кристаллизатора. Образование повреждений термического характера - трещин, деформаций, задиров - локализуется в кристаллизаторе на длине 200 мм в его центральной части.
Стабильность литья и качество поверхности слитков резко снижаются при затекании жидкого металла в стыки или по посадочному месту питающего кольца при его деформации. Сталь затекает в щели шириной более 50 / Н, мкм, где Н - высота столба жидкой стали, м.
Для всех двусторонних кристаллизаторов важнейшую роль в формировании качественных слитков играют продольные рифления по рабочим стенкам. Профиль рифлений определяется геометрией слитка и усадкой металла. Оптимизация конструкции предусматривает изменение формы рифлений по ширине стенки. В слябовых кристаллизаторах узкие стенки выполняют гладкими.
В тонкослябовых кристаллизаторах в узких стенках предусматривают один канал охлаждения, что ограничивает снизу возможный размер сечения кристаллизатора по высоте значением 30 мм. Увеличение высоты узких стенок позволяет отливать слябы во всем необходимом диапазоне.
На экспериментальной МНЛЗ успешно опробован сборный кристаллизатор с канальным охлаждением стенок для литья сортовых заготовок сечением 350 х 400 мм. Перспективны слябовые кристаллизаторы сечением (30 -250) х (500 - 1200) мм. Сортовые и слябовые кристаллизаторы имеют комплект из четырех рабочих стенок. Независимо от сечения слитка, используют питающие кольца одного размера.
Подвод воды к кристаллизатору может быть выполнен к его центру или с одной стороны при ее отводе с противоположной стороны. Для повышения эффективности охлаждения в каналах могут быть установлены вытеснители.
Тепловой расчет кристаллизатора. При скоростном литье тонких слябов плотность теплового потока в центре кристаллизатора составляет 10 МВт/м2, средние тепловые потоки превышают 2 МВт/м2. Теп
ловой расчет кристаллизатора выполняют как для эквивалентной пластины с коэффициентом осевого растекания теплоты 0,5. Цель расчета - сравнить максимальную температуру рабочих стенок кристаллизатора с температурой рекристаллизации материала стенок.
Материалы. Для изготовления двусторонних кристаллизаторов, как гильзовых, так и сборных, рекомендуются бронзы БрХ, БрХЦр и другие материалы, близкие по свойствам. Гильзы могут быть изготовлены из медных сплавов типа М2р в холоднодеформиро-ванном состоянии.
4.3.4.	СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ
Общие принципы построения систем управления. В состав АСУ ТП входят, в общем случае, следующие основные подсистемы контроля и управления:
температуры жидкого металла в металлоприемнике;
количества металла в металлоприемнике; температурного поля кристаллизатора; системы охлаждения кристаллизатора; качания кристаллизатора;
конусности кристаллизатора;
ЭМП кристаллизатора;
интенсивности охлаждении в ЗВО;
ЭМП ЗВО;
механизмов вытягивания слитка;
силы вытягивания;
раскроя слитка;
маркировки заготовок; перемещения заготовок.
Кроме того, в состав средств управления МНЛЗ ГТ входят локальные системы управления перемещением металлоприемника, газовым трактом аргона, горелкой, шибером, поджимом тянущих валков и другие со своими средствами КИП.
Принципы работы и взаимодействия подсистем АСУ ТП, перечень информационных и управляющих функций, метрологическое обеспечение большинства подсистем идентичны МНЛЗ других типов. Некоторые особенности регулирования обусловлены большим теплосъемом в кристаллизаторе, отсутствием деформации слитка в ЗВО и другими отличительными чертами горизонтального литья.
Техническое обеспечение АСУ ТП выполнятся одноуровневым - на базе управляющей ЭВМ типа КТС ЛИУС-2, 2-уровневым с верхним уровнем на базе персональных ЭВМ или 3-уровневым с добавлением нижнего уровня из локальных микропроцессоров.
Многоуровневые системы наиболее перспективны с точки зрения расширения функций системы, в том числе оптимизации технологии литья, архивации и обработки данных и др.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН
199
Развитая АСУ ТП контролирует около сорока и регулирует десять - двадцать параметров работы МНЛЗ.
Основные отличия в работе АСУ ТП МНЛЗ ГТ связаны с работой подсистем контроля температурного поля кристаллизатора и контроля и управления вытягиванием слитка.
Контроль температурного поля кристаллизатора. В МНЛЗ ГТ с односторонним вытягиванием слитка контролируют температуру рабочей стенки кристаллизатора в его головной части с целью предотвращения прорывов за кристаллизатором при зависании оболочки слитка на разделительном кольце. Зависание является разрывом оболочки при превышении допустимых сил вытягивания, например вследствие повреждения гильзы или при неправильном выборе периодов в цикле вытягивания из-за усадки слитка или несваривания фронтов. Зависание приводит к нарастанию оболочки в окрестности разделительного кольца при формировании бегущего разрыва в кристаллизаторе. Резкое снижение температуры стенки непосредственно за кольцом является признаком образования зависания. В этом случае останавливают вытягивание слитка и после определенной выдержки, в течение которой разрыв оболочки сращивается, возобновляют вытягивание.
Контроль формы периодической температурной кривой, ее стабильности позволяет судить о работе механизмов вытягивания и других узлов МНЛЗ. Для контроля применяются малоинерционные термодатчики с динамической постоянной менее 0,1 с.
В МНЛЗ ГТсдвусторонним вытягиванием заготовки осуществляют контроль температуры рабочей стенки кристаллизатора в нескольких точках по всей ее длине, в том числе в центре, с целью определения положения зоны начального формирования (расхождения) слитков в кристаллизаторе [30]. Смещение зоны начального формирования слитка (ЗНФС) от середины кристаллизатора на 50 - 120 мм приводит к формированию поверхностных и подкорковых дефектов в слитке [31], а большие смещения могут повлечь прорывы за кристаллизатором. На основе математической модели в режиме реального времени подсистема АСУ ТП на базе сигналов термопар выдает текущее значение положения ЗНФС. Эта же подсистема выдает предупреждение о возможном прорыве, так же как и в МНЛЗ других типов.
Конроль и управление вытягиванием слитка. В МНЛЗ ГТ с односторонним вытягиванием заготовки осуществляют контроль перемещения, скорости, ускорения, длительности отдельных периодов цикла вытягивания для определения соответствия ре
альной кинематики вытягивания слитка заданной. Задание обусловлено этапами литья (разгон, рабочий этап, устранение зависания и торможение) и температурно-временной корректировкой задания, которая предусматривает учет влияния меняющихся параметров - перегрева в металлоприемнике, длины слитка и других - на показатели кинематики вытягивания, в том числе среднюю скорость.
При проектировании МНЛЗ ГТ целесообразен расчет перемещений оболочки слитка в цикле вытягивания при ползучести оболочки под действующими напряжениями с учетом температуры оболочки и релаксации. Расчет скорости ползучести с (с'1) может быть выполнен по уравнению
е = 3,741 106 (1500- Г)“5’328ст3’199т“0'5,
(4.3.4)
где t - температура оболочки, °C; о - напряжения, Н / мм2; т - время, с.
Необходимая высокая точность контроля кинематических параметров требует измерения перемещения слитка (например, импульсными датчиками типа ПДФ) с обработкой их сигналов в АСУ ТП.
В МНЛЗ ГТсдвусторонним вытягиванием слитка задание на управление скоростью вытягивания по ручьям является суммой скоростей литья и корректирования.
Скорость литья определяется этапом литья и температурной поправкой в функции перегрева в металлоприемнике.
Корректирование - функция смещения ЗНФС. При смещении ЗНФС в сторону одного из ручьев происходит замедление вытягивания на этом ручье и ускорение на такую же величину - на противоположном, что приводит к обратному смещению ЗНФС. Таким образом, регулируя дисбаланс вытягивания по ручьям, осуществляют стабилизацию ЗНФС по центру кристаллизатора [29].
4.3.5.	ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ МАШИН
Производительность МНЛЗ ГТ при литье прямоугольных и круглых заготовок размером сечения 100 - 360 мм составляет 10 - 25 т / ч на ручей, производительность МНЛЗ с двусторонним вытягиванием при литье тонких слябов - до 140 т / ч (ширина сляба 1200 мм), при литье сортового проката - 30 т / ч на кристаллизатор, при литье прутков производительность ручья около 5 т / ч.
Возможная годовая производительность МНЛЗ ГГ - на*ручей до 100 тыс. т, межразливочная пауза для подготовки МНЛЗ 30 - 60 мин, выход годного при литье достигает 98 %.
200
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Скорость вытягивания при литье легированных сталей ниже, чем при литье углеродистых (например, для коррозионно-стойких сталей на 20 - 25 %). Максимальная скорость вытягивания при литье, м/мин: 4,0 для среднего сорта; 0,4 для блюмовых заготовок; 2,5 для прутков.
Технологическая длина МНЛЗ (до тянущей клети) определяется условиями полного затвердевания слитка. Для сортовых заготовок можно использовать зависимость времени полного затвердевания от размеров сечения слитка [5]:
т3 = 76 000/?2,	(4.3.5)
где т3 - в секундах; R - половина размера сечения, м.
Для тонких слябов и мелкого сорта необходимо учитывать зависимость т3 от интенсивности охлаждения в кристаллизаторе и ЗВО. Расчет технологической длины проводят по максимальной скорости вытягивания с 10 %-ным запасом.
Коэффициент металлоемкости МНЛЗ ГТ составляет 3 - 4 кг / т годовой производительности.
Габаритные размеры МНЛЗ ГГ. В зависимости от сечения слитка и скорости литья габаритная длина МНЛЗ с односторонним вытягиванием составляет 30 - 45 м, ширина 4-ручьевой МНЛЗ 11 и высота 3 - 5 м, длина 2-сторонней МНЛЗ при литье слябов 70 -90 м.
При проектировании МНЛЗ необходимо рассчитать: затвердевание слитка по граничным условиям в кристаллизаторе и ЗВО, термопрочность кристаллизатора, систему охлаждения кристаллизатора, выпучивание слитка в ЗВО при литье слябов, параметры термодатчиков кристаллизатора АСУ ТП, тепловую работу металлоприемника и рафинирование в нем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Анализ температурного поля в огнеупорном питателе МНЛЗ горизонтального типа / Л. М. Аксельрод, В. П. Новиков, Е. Я. Листовский, В. П. Симонов // Огнеупоры, 1988. № 6. С. 36 - 40.
2.	Беренов А Д. Горизонтальные машины непрерывного литья заготовок: Обзор. М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1986. 36 с.
3.	Власов Н. Н., Корроль В. В., Радя В. М. Разливка черных металлов: Справочник. М.: Металлургия, 1987. 272 с.
4.	Верте Л. А МГД-технология в производстве черных металлов. М.: Металлургия, 1990. 120 с.
5.	Ганкин В. Б., Остромогильский А П. Горизонтальные установки непрерывной раз
ливки стали за рубежом // Черная металлургия, 1987. № 9. С. 2 - 23.
6.	Горизонтальная сортовая МНЛЗ с электромагнитным перемешиванием металла // Металлургия, 1988. № 9. С. 60 - 64.
7.	Гусминко Ю. А Исследование условий образования композиционных покрытий на Ni-P-основе // Защитные покрытия на металлах, 1980. № 14. С. 47 - 50.
8.	Жарницкий М. Д., Решетов В. В., Чу-челии В. А Термонагружение кристаллизатора при горизонтальной непрерывной разливке сталей И Совершенствование металлургических машин. М.: ВНИИметмаш, 1989. С. 19 -25.
9.	Жарницкий М. Д., Смирнов В. С. Автоматическое управление зоной начального формирования заготовок на МНЛЗ горизонтального типа с двусторонним вытягиванием // Совершенствование металлургических машин. М.: ВНИИметмаш, 1989. С. 19 - 25.
10.	Ковдукционное электромагнитное перемешивание при разливке стали на горизонтальной МНЛЗ / Ю. М. Рогачиков, В. Б. Ганкин, В. В. Звягин, М. Ф. Панин // Сталь, 1990. № 7. С. 26 - 28.
11.	Майоров А И. Перспективы развития машин непрерывного литья заготовок // Энергомашиностроение, 1989. № 10. С. 2 - 4.
12.	Николаев А К., Новиков А И., Розенберг В. М. Хромовые бронзы. М.: Металлургия, 1983. 176 с.
13.	Николаев А К., Розенберг В. М. Сплавы для электродов контактной сварки. М.: Металлургия, 1978. 96 с.
14.	Основы расчета плазмотронов линейной схемы / Под ред. М. Ф. Жукова. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1979. 148 с.
15.	Рудой Л. С., Масолитов И. И. Разработка системы подачи металла в кристаллизаторы двусторонней двухручьевой горизонтальной МНЛЗ // Металлургия и коксохимия, 1988. № 96. С. 79 - 82.
16.	Сайфулин Р. С Композиционные покрытия и материалы. М.: Химия, 1977. 272 с.
17.	Самойлович Ю. А Кристаллизация слитка в электромагнитном поле. М.: Металлургия, 1986. 168 с.
18.	Шатагин О. А, Сладкошгеев В. Т. Непрерывное литье на горизонтальных машинах. М.: Металлургия, 1975. 184 с.
19.	A handbook of protective coatings for military and aerospace equipment. Houston: NACE, 1983. 109 p.
20.	Birat J.P., Petegnief J. Heat transfer analysis in the ladle and the tundish of the continuous caster /I Rev. de metalluigie, 1984. Part I. N 819. P. 625 - 645. Part II. N 10. P. 709 - 722.
21.	Heaslip L. J., Meiean A Tundish met-alluigy - considerations pertaining to tundish per-fomance and metalluigical treatment during con
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
201
tinuous casting // 39th Electric furnace steel conf., Proceedings, 1981. P. 333 - 337.
22.	Degbusi O. J., Szekely J. Effect of exter-naly impozed magnetic field on tundish performance I I Ironmaking and Steelmaking, 1989. N 2. P. 110- 115.
23.	Nakajima K., Kawasaki M. Inclusion Floatout Behavior in Continuous Casting Tundish Bath. - Tetsu-to-hagane, 1987. N 7. P. 102 - 109.
24.	Robertson T., Perkins A Physical and mathematical modelling of liquid steel temperature in continuous casting Ц Ironmaking and Steelmaking, 1986. N 6. P. 301 - 310.
25.	Sahai Y., Ahqja R. Fluid flow and mixing of melt in steelmaking tundishes // Ironmaking and Steelmaking, 1986/ V. 13, N 5. P. 241 - 247.
26.	SeQi Nabeshima. Improvement of cleanness of double side coithdrawing Hil billets // Current advances in Materials and Processes: Rep. of the ISIJ Meeting, 1989. V. 2. N 4. P. 1221.
27.	Таске К. H., Ludwig J. C. Steel flow and inclusion separation in continuous casting tundishes. - Steel Research, 1987. N 6. P. 262 -270.
28.	The horizontal casting of high-alloy steels using the Krupp Oscillating Mold Process. / R. Hentrich, D. L. Sharma, D. Dittert et. al. // Iron and Steelmaker, 1986. N 4. P. 34 - 41
29.	Tsuguhiko Nakagawa. Break point con-trool of double side with drawing HCCM // Current advances in Materials and Processes: Rep. of the ISIJ Meeting, 1989. V. 2. N 4. P. 1220.
30.	Winterbager &, Stadler P., Schnaken-burg J. Horizontal continuous casting (HCC) -the second generation 11 Mettalluigical Plant and Technology, 1988. N 6. P. 26 - 33.
31.	Zalner A J., Taylor S. E. Horizontal continuous casting of stainless steel at Armco’s Baltimore works // Iron and steel Engineer, 1985. V. 62. N 2. P. 37 - 44.
Раздел 5
ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Электротермическим оборудованием (ЭТО) называют оборудование, предназначенное для технологического процесса тепловой обработки материалов с использованием электроэнергии в качестве основного энергоносителя. В этом разделе приведены основные типы плавильного электротермического оборудования.
Глава 5.1
ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Дуговые печи - это печи, в которых теплотой плавления является теплота, выделяемая электрической дугой, горящей в рабочем пространстве печи.
По конструкции дуговые сталеплавильные печи подразделяют на два типа - с поворотным сводом (ДСП) и выкаткой ванной.
Далее приводятся сведения только о ДСП как более современных печах.
В условном обозначении дуговых сталеплавильных печей - ДСП - первая буква означает метод нагрева (Д - дуговой), вторая буква - выплавляемый металл (С - сталь или другие сплавы железа), третья - конструктивную особенность (П - поворотный свод), а число после букв - вместимость печи в тоннах; после числа следует номер исполнения печи. Например, условное обозначение дуговой электропечи для выплавки стали, имеющей поворотный свод, при вместимости печи 100 т и седьмом ее исполнении следующее:
Электропечь ДСП-100И7.
5.1.1. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕЧЕЙ
При известной общности физико-химических процессов производства стали в кислородных конвертерах, а также мартеновских и электрических печах выплавка металла в открытых дуговых сталеплавильных печах имеет ряд особенностей, которые обуславливают следующие технологические преимущества этих печей:
возможность плавления и перегрева большинства металлов благодаря достижению в дуге высокой температуры и возможности введения в рабочее пространство печи большой удельной мощности;
регулируемость физико-химической активности шлака, что позволяет при соответствующих его составе и температуре проводить все необходимые металлургические операции: дефосфорацию, десульфурацию, дегазацию и раскисление металла;
возможность регулирования состава атмосферы в рабочем пространстве печи с достижением окислительной, восстановительной или нейтральной среды;
небольшой угар железа и легирующих элементов по сравнению с кислородными конвертерами и мартеновскими печами;
возможность достаточно просто и плавно регулировать вводимую в печь мощность;
по сравнению с мартеновской печью -перемешивание металла в ванне печи, усреднение его температуры и химического состава благодаря электродинамическому взаимодействию расплавленного металла и дуг.
Дуговые сталеплавильные печи переменного тока малой (0,5 - 12 т) и средней (25 -50 т) вместимости предназначены, в основном, для выплавки конструкционных углеродистых, низколегированных, легированных и высоколегированных сталей и сплавов в сталеплавильных и фасонно-литейных цехах металлургических и машиностроительных заводов. Сверхмощные крупнотоннажные (более 50 т) печи переменного тока, удельная мощность печного трансформатора которых составляет 600 - 1000 кВ • А/т, применяют, в основном, для выплавки жидкого полупродукта с последующей его доводкой до требуемых химического состава и температуры в агрегатах внепечной обработки стали. Сверхмощные ДСП используют также при выплавке стали из ме-таллизованных окатышей, получаемых из железной руды методом прямого восстановления.
5.1.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Характеристики печей. Освоен выпуск ДСП переменного тока вместимостью 0,5; 1,5; 3; 6; 12; 25; 50; 100 и 150 т. Чаще всего в ДСП предусматривают механизированную загрузку сверху с помощью специальной корзины. Технические характеристики ДСП приведены в табл. 5.1.1.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ
203
5.1.1. Основные параметры ДСП переменного тока
Параметры	ДСП-0,5	ДСП-1,5	ДСП-3	ДСП-6	ДСП-12	ДСП-25	ДСП-50*1	ДСП-100И7	ДСП-150И1
Номинальная вместимость электропечи, т	0,5	1,5	3	6	12	25	50	100	150
Диаметр (внутренний) кожуха на уровне откосов, мм	1600	2200	2600	3200	4260	4700	5500	6500	7800
Номинальная мощность электропечи, MBA	0,8	1,6	2,5	5	8	12,6	40	80	90
Номинальное первичное напряжение трансформатора, кВ	6 или 10					10 или 35	35		110
Вторичное напряжение, В	212-80	220-90	231 -95	260 -104	318 -120	370 -130	570 -200	829 -189	826 -301
в том числе при постоянной мощности			231 -182	260-201			570 -410	829 -675	826 -673
Максимальная сила тока электрода, кА	2,18	4,2	7,9	14,4	17,5	23,5	55	80	
Диаметр, мм: графитового электрода	150	200		300	250	400	500	610	
распада электрода	450	520		850	1000	1150	-	1400	
Удельный расход электроэнергии на расплавление твердой завалки*2, кВт • ч/т	500	480	490	480	435	420	410	400	396
Продолжительность расплавления под током, мин	45		60		55	84	60	55	85*3
Расход охлаждающей воды, м3/ч	3	10	12	20	30	50	500	700	850
Масса металлоконструкции собственно печи, т	5	11	22	50	88	168	280	510	
** Электропечь находится в стадии разработки.
** 100 % скрапа.
*3 При расплавлении 35 % скрапа и 65 % металлизованных окатышей.
5.1.2. Основные параметры трансформаторов для питания ДСП
Модель		Мощность, МВ • А		Напряжение		Вторичный линейный ток, кА	Напряжение короткого замыкания (в том числе реактора), %	Потери, кВт		Переключение ступеней НН
печи	трансформатора	номинальная	максимальная	первичное, кВ	вторичное, В			при включении без нагрузки	короткого замыкания	
ДСП-0,5	ЭТМПК-1000/10-70УЗ	0,63	-	6 ИЛИ 10	216 - 106	1,68	32,4 (26,0)	2,8	15	ПБВ
ДСП-1,5	ЭТМПК-2000/10-71УЗ	1,25			225 - 110	3,20	31,5 (25,0)	4,2	23	
ДСП-3	ЭТМПК-3200/10-71УЗ	2,0			243 - 124	4,80	27,5 (20,0)	7,0	28	
	ЭТДЦП-4000/10	2,5			230, 8 - 182,4* -105,3	6,25/7,91*	47,3 (34,0)			
ДСП-6	ЭТЦПК(ЭТЦДПК)-6300/10-72УЗ	4,0	4,8		281 - 130	8,22 + 20%	20,7 (Ю,0)	10,0	48	
ДСП-12	ЭТЦПК-12500/10-74УЗ	8,0	9,6		318.- 120	14,5+20%	14,01	20,5	75	
ДСП-25	ЭТЦНК-20000/35-76УЗ	12,5	15,0	10 ИЛИ 35	370 - 128	19,5 + 20%	6,5	30,5	150	РПН
ДСП-50	ЭТЦН-32000/35-71УЗ	20,0	24,0	35	407 - 144	28,4 + 20%	9,6	35,0	150	
ДСП-100	ЭТЦНК-40000/35	25	-		417 - 131	34,6	7,6	85,6	217	
ДСП-50 и ДСП-100	ЭТЦП-52000/35	32	38,4		478 - 162	38,8 + 20%	38,0	48,0	214	
дсп-100И6	ЭТЦНД-160000/35-82УХЛ4	80	90		761 - 654*-259	70,6/79,5*	5,0	145,0	400	
дсп-100И7	ЭТЦНДТ-160000/35-88УЗ				829- 670* - 288	55,7/68,9*	7,8	121,0	420	
дсп-150И1	этцнкд-160000/110-87У4	90	-	110	826- 651* - 301	62,9/79,8*	9,0	92,0	467	
Примечания: 1. Вторичный ток со знаком * соответствует ступеням напряжения со знаком * и более низким.
2. Сокращения: НН - низкое напряжение; ПБВ - переключение без возбуждения; РНП - регулирование (напряжения) под нагрузкой.
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
205
5.1.3. Электрические параметры ДСП вместимостью 25 - 150 т [10]
Модель печи	Активное (R) и реактивное (X) сопротивления, мОм					
	печного трансформатора		вторичного токопровода		всей установки печи	
	R	X	R	X	R	X
ДСП-25	0,14	1,63	0,64	2,51	0,78	4,14
ДСП-50*	0,05	0,65	0,30	2,65	0,35	3,30
ДСП-100И6	0,05	0,39	0,23	3,41	0,28	3,80
ДСП-100И7	0,04	0,65	0,31	3,30	0,35	3,95
ДСП-150И1	0,04	0,64	0,28	3,21	0,32	3,85
* Печь находится в стадии разработки.
Печной трансформатор - неотъемлемый комплектующий элемент ДСП. Мощность печного трансформатора определяют, исходя из требуемой (допустимой) продолжительности наиболее энергоемкого периода расплавления. В табл. 5.1.2 приведены основные технические характеристики трансформаторов для электропитания ДСП [1].
Чтобы обеспечить работу ДСП в оптимальных режимах (при соответствующих соотношениях рабочих токов и напряжений), необходимо соблюдать определенное соответствие между электрическими параметрами печного трансформатора, с одной стороны, и вторичного токопровода ДСП - с другой. В табл. 5.1.3 даны активные и реактивные сопротивления электрического контура ДСП, которые позволяют работать в оптимальных режимах с cos ф = 0,7 -г 0,8 при использовании соответствующих трансформаторов (см. табл. 5.1.2).
5.1.3. ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
Разработаны ДСП различных конструкций- Общий вид ДСП-100И7 приведен на рис. 5.1.1, а и б, левое (1) и правое (II) исполнения этой печи - на рис. 5.1.1, в.
Сварной кожух, образующий ванну и стенки печи, выполняют цилиндрическим или цилиндроконическим. Для удобства монтажа и сокращения времени на ремонты печи в кожухе предусмотрены разъемы на уровне порога рабочего окна. Водоохлаждаемые элементы стен кожуха состоят из двух горизонтальных поясов жесткости трубчатого или коробчатого сечения, служащих напорным и сливным коллекторами для охлаждения стеновых панелей.
Свод предназначен для герметизации печи и снижения ее тепловых потерь. В сталеплавильных печах широко применяют водоохлаждаемые своды. При малой и средней вместимостях печей применяют полностью охлаждаемые своды; при большой вместимости -комбинированные [периферийная часть охла-
ждаемая, центральная выполнена из керамики (рис. 5.1.2)].
Электродные уплотнения устанавливают в зазоре между электродом и сводом. Конструкции этих уплотнений самые разнообразные -от сальниковых огнеупорных до газодинамических. На крупных печах надежно работают газодинамические уплотнения, в которых используют перегретый пар или азот.
Рабочее окно печи служит для наблюдения за ходом плавки и проведения необходимых операций - заправки порогов и стен после выпуска металла, скачивания шлака, замера температуры, взятия проб и продувки металла кислородом расходуемой трубкой. Проем окна обрамляют рамой с водоохлаждаемой аркой и закрывают водоохлаждаемой заслонкой с механизмом подъема.
Сливной носок предназначен для слива готового металла. Он состоит из "постели”, крепящейся к кожуху печи, желоба и сменной насадки. При сифонном сливе металла вместо носка применяют желоб укороченной конструкции (рис. 5.1.3). Выпускное отверстие системы эксцентрического донного (эркерного) выпуска (рис. 5.1.4) образовано полыми кирпичными блоками, внутрь которых установлены сменные трубки. В нижней части выпускного отверстия предусмотрено наружное кольцо. Отверстие закрывается затвором, приводимым в движение пневмоцилиндром.
Устройства сифонного и эркерного выпусков имеют ряд преимуществ перед традиционным сливным носком, основными из которых являются: возможность слива металла в ковш практически без печного шлака, сокращение в 3 - 5 раз длительности операции слива металла; уменьшение длины струи металла при сливе и, вследствие этого, уменьшение его газонасыщенности; уменьшение (до 12 - 15 %) необходимого для слива металла угла наклона печи и упрощение благодаря этому ее конструкции.
206
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
207
<0
Рис. 5.1.1. Габаритные и установочные размеры электропечи ДСП-100И7:
1 - люлька; 2 - кожух; 3 - рабочее окно; 4 - свод; 5 - газоотвод; 6 - электрод; 7 - электрододержатель; 8 - стойка электрододержателя; 9 - портал; 10 - шахта; 11 - механизм подъема и поворота свода;
12 - кабельная гирлянда; 13 - трубы моста расшихтовки; 14 - гидроцилиндры механизма наклона
208
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
ООО!
*3800
Рис. 5.1.2. Схема трубчатого водоохлаждаемого свода 100-тонной ДСП
Рис. 5.1.3. Футеровка электропечи с сифонным сливом
Рис. 5.1.4. Схема устройства эркерного слива металла: а - угол наклона печи при сливе металла
Электрододержатель служит для удержания и перемещения электродов, а также закрепления токоведущих труб токоподвода. Основная его часть - головка - чаще всего выполнена в виде медной плиты со сверлеными каналами для прохода воды. Удержание электрода обеспечивается пружинно-пневматическим или пружинно-гидравлическим механизмом зажима. Головку электрододержате-ля крепят к несущему рукаву, перемещаемому приводом при регулировании мощности печи.
Привод перемещения может быть тросовым или реечным с противовесами (для электромеханического варианта), а также гидравлическим. Преимущества гидропривода - без-инерционность, отсутствие запаздывания, возможность быстрого изменения скорости.
Механизм перемещения электродов обеспечивает подъем и опускание электродов как при ручном, так и при автоматическом регулировании мощности.
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
209
Механизм наклона используют для наклона ванны печи при сливе металла и скачивания шлака.
Механизм подъема и отведения свода (поворачивает свод для загрузки печи скрапом) наиболее часто монтируют на отдельном фундаменте.
Система водоохлаждения печи состоит из коллекторов, вентилей, труб, подводящих и отводящих воду от водоохлаждаемых элементов стен и свода, токопровода печи, заслонки и арки рабочего окна, патрубка газоотсоса и других элементов, а также из системы датчиков давления, температуры и расхода воды.
Футеровка ДСП - один из важнейших элементов конструкции. Футеровку можно выполнить или полностью керамической, или с применением водоохлаждаемых элементов стен и свода. Использование водоохлаждаемых элементов позволяет увеличить вводимую в печь мощность, значительно повысить стойкость футеровки, снизить затраты на проведение горячих и холодных ремонтов и, как следствие, повысить производительность печей.
Подина высокомощных крупных электропечей (см. рис. 5.1.3) состоит из нескольких рядов магнезитовых (основные печи) кирпичей, уложенных на плашку или ребро, и набивного слоя. Ряды набирают в елочку или линию, начиная от центра печи к стенам. Швы кладки не должны совпадать, для чего ряды кирпичей, по отношению друг к другу, смещают на утлы 45 и 60 °. Набивной слой -из магнезитового порошка.
Подину кислой печи выкладывают динасовым кирпичом. Набивка состоит из смеси кварцевого песка (70 %), молотого динаса (20 %) и огнеупорной глины (10 %). Связующим, как правило, является жидкое стекло.
Стены печей. Шлаковый пояс стен основных печей выкладывают изделиями из плавленного периклаза марки ППЛУ-95 или магнезитовых изделий; участки стен печи напротив электродуг - из периклазохромитовых изделий на основе плавленных материалов марки ПХПП или периклазоуглеродистых изделий марки ПУЭ; верхнюю часть футеровки стен (участок между шлаковым поясом и водоохлаждаемыми панелями) - из периклазо-углеродстых огнеупоров марки БПГЭ, другие участки - из периклазохромитовых изделий марок ПХСП, ПХСУ или хромитопериклазовых изделий марки ХПТ. Стены кислых печей футеруют динасовым кирпичом.
Кладку желоба выполняют из магнезитовых изделий, внутреннюю (рабочую) часть набивают массой из магнезитового порошка.
Сталевыпу с кное отверстие сифонного типа выкладывают из пе
риклазовых изделий марки ПЛК. Уступы в основании отверстия заполняют густой массой, приготовленной из магнезитового порошка на жидком стекле плотностью 1,30 -1,35 г/см3.
Своды основных печей, как правило, изготовляют из магнезито-хромитовых или периклазохромитовых изделий. Центральная часть водоохлаждаемых сводов (см. рис. 5.1.2) выполняют из муллитокорундовых изделий мазки МКС (МКТ). Кладку центральной части выполняют насухо или на растворе, состав которого должен соответствовать применяемым огнеупорам.
Своды кислых электропечей выкладывают динасовым кирпичом. Стойкость кирпичных сводов основных и кислых печей составляет 100 - 150 плавок.
Набивные футеровки для стен печей широко применяют в кислых печах. Такие футеровки имеют следующий состав, % (мае. доля): кварцевого песка 89, жидкого стекла 6, огнеупорной глины 3, едкого натра 2. Преимущество набивных футеровок - высокая стойкость, доходящая до 800 плавок при некотором усложнении процесса футеровки.
Водоохлаждаемые элементы стен и свода. На отечественных электропечах применяют водоохлаждаемые панели, выполненные из труб, гнутых в спирали прямоугольной формы и уложенных одна в другую без использования переходников, что позволяет исключить сварные швы в зонах высокой теплонапряженно-сти и упростить изготовление. Внутренняя часть панелей (рабочая) снабжена штырями, приваренными к поверхности труб в шахматном порядке, для удержания теплозащитной обмазки и гарнисажа.
Вторичный токопровод ДСП - совокупность проводников, соединяющих низковольтные выводы печного трансформатора с рабочей зоной электрической печи.
Различают следующие элементы вторичного токопровода (рис. 5.1.5):
компенсаторы - гибкие ленты для соединения выводов низшего напряжения печного трансформатора с неподвижной частью короткой сети;
шинный пакет 1 небольшой протяженности, как и компенсаторы, предназначен для передачи тока от компенсаторов к неподвижным башмакам;
неподвижный башмак для соединения и передачи тока от проводников шинного пакета к гибким проводникам короткой сети;
пакет гибких проводников 2 (голых кабелей, гибких лент или водоохлаждаемых кабелей) для передачи тока от неподвижного башмака к подвижному, перемещающемуся совместно с элекгрододержателем;
210
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Рис. 5.1.5. Схема вторичного токопровода ДСП
подвижный башмак для соединения и передачи тока от пакета гибких проводников к электрод одержателю;
проводники 3 и токопроводящие конструкции электрододержателя;
головки 4 электрододержателей для передачи тока от электрододержателя к электроду, обеспечивающие возможность перепуска электрода (относительно конструкции электрододержателя);
электроды 5.
Вместо токоведущих труб рукавов электрододержателей используют также токоведущие рукава, стальную несущую конструкцию которых "облицовывают” медными полосами, передающими ток от подвижных башмаков к головкам электрододержателей, или используют биметалл. В этом случае упрощается конструкция токопровода, уменьшаются колебания рукавов из-за электродинамического взаимодействия проводников, снижается индуктивное сопротивление вторичного токопровода.
В табл. 5.1.4 приведены основные технические характеристики вторичных токопрово-дов ДСП [5].
5.1.4.	РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Основные параметры ДСП - их геометрические размеры, электрические и тепловые параметры, а также режимы работы.
Расчет геометрических размеров начинают с расчета размеров ванны, исходя из заданной вместимости печи по жидкому металлу [4, 11]. Ванну печи выполняют сферической или сферической с переходом на конус (сфероконическая). На рис. 5.1.6 дано плавильное пространство печи сфероконической формы с углом а между образующей и осью конуса, равным 45°. Для такой ванны диаметр Р, мм, зеркала жидкого металла определяют из соотношения
Р = 2000С^Й,	(5.1.1)
где С - коэффициент, зависящий от отношения диаметра D зеркала металла к глубине Н ванны по металлу; V - объем жидкого металла, м3.
Рис. 5.1.6. Форма внутреннего пространства ДСП
Высоту Нс сферического сегмента обычно принимают равной 20 % общей глубины жидкого металла. В этом случае
С = 0,875 + 0,042 Р/Я (5.1.2)
При высоте сферического сегмента Яс, увеличенной до 25 % общей глубины ванны с жидким металлом,
С = 0,9 + 0,04 D/H. (5.1.3)
Объем жидкого металла V определяют в зависимости от удельного* объема жидкого металла go и заданной вместимости печи (г
V=gQG.	(5.1.4)
Для жидкой стали обычно принимают go = 1,145 м3/т.
Над жидким металлом в ванне должно быть пространство для ш л а -к а , объем которого Уш принимают в процентах от объема жидкого металла (ориентировочно 15 %).
Высоту слоя шлака упрощенно определяют из соотношения
Яш = Иш/0,785/Я.	(5.1.5)
Уровень порога рабочего окна принимают на уровне зеркала шлака или несколько (на 20 - 40 мм) выше.
Уровень откосов рекомендуется принимать на 30 - 70 мм выше уровня порога рабочего окна во избежание усилен-
5.1.4. Основные параметры вторичных токопроводов ДСП
Модель печи	Вторичный номинальный ток 1вом, кА	Шинный мост				Гибкие кабели				Трубошины				Электроды	
		Сечение шины, мм	Число шин на фазу	Общее сечение шин, мм2	Плотность тока, А/мм2	Тип кабеля	Число кабелей на фазу	Общее сечение, мм2	Плотность тока, А/мм2	Диаметры труб, мм	Число шин на фазу	Общее сечение, мм2	Плотность тока, А/мм2	Диаметр, мм	Плотность тока, А/см2
ДСП-0,5	1,20	80 х 10	1	800	1,50	МГЭ-300	3	900	1,33	28/32	2	540	2,22	150	6,8
ДСП-1,5	2,67	120 х 10	2	2400	1,08	МГЭ-500	4	2000	1,28	36/22	2	1280	2,00	150	14,6
ДСП-3	4,25	120 х 10	4	4800	0,89		6	3000	1,42	40/23	2	1680	2,53	200	13,5
ДС-6Н1	6,30	120 х 10	4	4800	1,31		12	6000	1,05	60/40	2	3140	2,00	300	8,9
ДСП-12	10,40	250 х 12	2	6000	1,00		4	2000	3,00	60/40	1	1570	3,82	350	10,8
ДСП-25	16,35	300 х 10	2	6000	1,57		6	3000	3,15	80/60	1	2200	4,30	400	13,0
ДСП-50	23,55	300 х 10	3	9000	1,51		8	4000	3,40	60/40	2	3140	4,33	500	12,0
ДСП-100	34,60	300 х 12	4	14400	1,39		16	8000	2,50	60/40	3	4710	4,25	550	14,6
ДСП-100НЗА	50,0	50/30*	4	26960	1,07	КСВ-2100	6	12600	3,97	200/170	2	17400	2,87		17,1
ДСП-100И6	57,0	200/170	1	8700	3,26	КСВ-4000	4	16000	3,56	200/170	2	17400	3,27	610	19,5
ДСП-100И7	55,7	150/120	1	6360	5,06	ксв ДСП-4000	4	16000	3,48	150/120	2	12720	4,38		18,9
ДСП-200	50,0	360 х 12	4	17280	1,47	МГЭ-1000	8	8000	3,15	60/30	5	10620	2,39	610	15,0
* Шина скомбинирована из двух труб диаметрами 50 и 30 мм; между трубами вварена медная полоса сечением 300 х 12 мм.
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
212
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
ного размывания шлаком основания футеровки стены.
Для современных печей высота Нп плавильного пространства (см. рис. 5.1.6) может приниматься в пределах:
(0,5 -a- 0,45)Z>i для печей вместимостью 0,5 -6 т;
(0,45 ч- 0,4)Z>i для печей вместимостью 12 - 50 т;
(0,38 -a- 0,34)2>i для печей вместимостью 100 т и более.
В этих соотношениях D\ - диаметр ванны на уровне откосов.
Толщину футеровки пода печей средней вместимости обычно принимают приблизительно равной глубине жидкого металла.
Толщина футеровки свода соответствует длине стандартного огнеупорного кирпича и зависит от вместимости печи:
Вместимость Толщина футеровки печи, т	свода, мм
12	230
25 - 50	300
100 и более	380 - 400
Тепловой расчет. Суммарное количество электрической энергии И^л, кВт • ч, которое должно быть выделено в дуговой сталеплавильной печи в период расплавления, определяют из выражения
^эл =	+ К<7ф + <?изл + <7г)тр + <7фтпр1^"
 ^экз,	(5.1.6)
гае Ид - полезная энергия, идущая на нагрев и расплавление металла и шлака, кВт * ч; <?ф, <7изл, От ~ тепловые потери соответственно через футеровку, излучением через рабочее окно в период расплавления и с газами (также в период расплавления), кВт; тр и тпр - длительность периодов соотвественно расплавления и межплавочного простоя; к - коэффициент неучтенных тепловых потерь; ЯэКЗ -энергия экзотермических реакций периода расплавления составляет (около 20 % полезной энергии расплавления), кВт • ч.
Полезная энергия
% = ^п.м + И'п.ш-
Полезные энергии, необходимые для расплавления металла Ип.м и шлака определяют по одной и той же формуле
^п.м(ш) = Qwm(ui)(4ui " 4)) + Я +
+ ^2тм(ш)(^пер ‘ 41л)>	(5.17)
где Ci - средняя удельная теплоемкость материала в интервале от начальной температуры до температуры плавления, кВт • ч/(т • °C); тм(ш) • масса соответственно расплавленного металла или шлака, т; - температура плавления, °C; /о - начальная температура, °C; q -теплота плавления, кВт • ч/т; С2 - средняя удельная теплоемкость жидкого металла в интервале от температуры плавления до заданной температуры перегрева, кВт • ч (т • °C); fnep -заданная температура перегрева, °C.
Полезная энергия, которая необходима для расплавления в печи 1 т холодной металлической загрузки, составляет, кВт • ч/т: 370 -на нагрев до температуры 1510 °C и расплавление загрузки; на перегрев жидкого металла на 50 °C; 35 на нагрев и расплавление шлакообразующих материалов, а также на перегрев до температуры 1560 °C расплавленного шлака в количестве 6 % массы металлической загрузки печи.
Тепловые потери излучением через рабочее окно в период расплавления составляют:
<7ИЭЛ = (WokJO’i / К»)4 - (Т2 / 100)4],
(5.1.8)
где С« 4,65 • 10*3 кВт/(м2 • К4) - приведенный коэффициент излучения; \|/ - коэффициент диафрагмирования [4]; F0K - площадь поперечного сечения отверстия рабочего окна, м2; 71 и ?2 -температуры соответственно внутри печи и окружающей среды, К.
Тепловые потери с газами в период расплавления
qT =(7rcr(f-r0),	(5.1.9)
где GT - масса проходящих через печь газов, т/ч; сТ - средняя удельная теплоемкость газов, кВт • ч/(т • °C); t и /о -температуры соответственно выходящих из печи газов и окружающего лечь воздуха, °C.
Особенность работы ДСП состоит в том, что огнеупорная кладка стен и свода с каждой плавкой изнашивается и становится тоньше. Поэтому тепловые потери через стены и свод рекомендуется рассчитывать как среднеарифметическое значение тепловых потерь для двух крайних случаев - огнеупорная кладка (новая) и кладка изношена на 0,5 толщины. Можно также рассчитывать средние потери теплоты через огнеупорную кладку, толщину которой принимают равной 0,75 новой.
К футеровке подины эта рекомендация не относится, поскольку по условиям технологического процесса подину ДСП после каждой плавки заправляют свежим огнеупорным
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
213
порошком и толщина огнеупорной части футеровки подины в процессе эксплуатация печи значительно не меняется.
Удельные тепловые потери ^д, кВт/м2, через кирпичную футеровку электропечи без существенной погрешности определяют с использованием зависимости для плоской стенки (на 1 м2 футеровки раздельно для стен, свода и подины):
9уа =K't~1irL’ (5110)
где X' - средний коэффициент теплопроводности материала участка кладки, кВт/(м * °C); /1 и /] - температуры поверхностей кладки соответственно внутренней и наружной, °C; 5 - толщина кладки, м.
Полученные значения плотностей теплового потока через футеровку при принятых температурах ее внутренней и наружной поверхностей сравнивают методом приближений с возможным съемом теплоты с наружной поверхности:
<7уд =анар(^2 ~^о),	(5.1.11)
где Олар - коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности, кВт/(м2 • °C); /о - температура окружающей печь среды, °C.
При значительном (более 5 %) расхождении значений плотностей теплового потока по формулам (5.1.10) и (5.1.11) принимают другое значение /2 и повторяют расчет с учетом нового значения X'.
Для определения суммируют произведения ^уд на соответствующие площади стен, свода и подины.
Прочие тепловые потери учитывают умножением на коэффициент к = 1,2 ч- 1,4 суммы подсчитанных потерь.
Общий КПД печи
П’Пт’Ы,	(5.1.12)
№ Пт и Пэл - КПД печи соответственно теп-ловой и электрический за время расплавления.
Электрический и режимный расчеты. Полезная мощность печи
Люл = ^а.срЛ»	(5.1.13)
гае ?а.ср • средняя активная электрическая мощность, потребляемая печью.
Продолжительность периода расплавления металла под током
тр = И'эл / -^а.ср*	(5.1.14)
Для обеспечения заданной тр требуется полная мощность печного трансформатора
S — -^а.ср / (^ит COS ср), (5.1.15)
где Кт - коэффициент использования трансформатора в период расплавления; обычно Кт = 0,85 ч- 0,9; Кт учитывает паузы в горении дуг вследствие их обрывов, а также формы кривых тока и напряжения дуг, отличающиеся от синусоидальных; cos <р - коэффициент мощность электропечной установки.
В период расплавления cos ср составляет:
0,70 - 0,72 для ДСП с огнеупорной кирпичной футеровкой стен и свода;
0,80 - 0,82 для ДСП с водоохлаждаемыми элементами футеровки стен и свода.
Работа печи в режиме при таких значениях cos ф зависит от правильного выбора вторичного линейного напряжения и рабочего тока (тока дуг) /г для высшей ступени напряжения трансформатора. Соотношение между и I2 должно быть таким, чтобы для конкретного типа ДСП (с известным индуктивным сопротивлением короткого замыкания Хк, рассчитанным в соответствии с работой [5]) обеспечивалось расплавление в режиме со значениями соБф, приведенными выше.
Параметры ДСП связаны следующими зависимостями:
5 = 7зг/2л^;	(5116)
^2д. = Дэ^;	(5.1Л7)
12 81Пф
хэ = КхХК9
(5.1.18)
где Кх - коэффициент увеличения индуктивного сопротивления установки ДСП в режиме горения дуг в сравнении с режимом короткого замыкания.
Значение Кх определяется условиями горения дуг и режимом введения мощности. Усредненные ориентировочные значения этого коэффициента в зависимости от cos ф следующие:
СО8ф	Кх
0,50	1,05
0,55	1,06
0,60	1,08
0,65	1Д1
0,70	1,16
0,75	1,24
0,80	1,35
0,85	1,50
0,90	1,70
214
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Таким образом, зная расчетное X* и планируемый cos ф, можно определить Хэ и отношение £/2л/^2 = £ После этого, используя формулу с привлечением (5.1.16), находят (72л И !£.
I2S 24,02&JS I С,	(5.1.19)
и2л = 24 ffliJSC,	(5.1.20)
где I2 - в кА; S - в МВ • А; 24,028 - коэффициент пропорциональности, полученной для случая выражения S и I2 в указанных единицах измерения; - в В.
На рис. 5.1.7 приведена номограмма, позволяющая с достаточной для инженерного расчета точностью определять соотношение электрических параметров ДСП [10].
Параметр в определенном смысле, является также и геометрической характеристикой ДСП; значение индуктивного сопротивления зависит от длины проводников вторичного токопровода, их сечения и компоновки [5]. На геометрические размеры ДСП еще в большей степени влияет ток в электроде печи 12 Исходя из допустимой плотности j тока определяют требуемый диаметр электрода:
d3=2j-f.	(5.1.21)
Диаметр распада электрода dp 3 связан с диаметром электрода d3. Отношение d$3/d3 берется равным 2,5 - 3,5 (большие цифры относятся к печам меньшей вместимости).
Для трехэлектродных цилиндрических печей следует придерживаться следующих эмпирических соотношений:
</р.э / 01 S 0,35,	(5.1.22)
Лев = (0,6 4- 0,7)0,	(5.1.23)
где 01 - диаметр плавильного пространства на уровне откосов печи; Лсв - высота от зеркала ванны до наивысшей центральной точки внутренней поверхности свода.
Энергетический баланс. Для конкретного типа печи и типовой технологии плавки энергетической баланс может быть рассчитан или составлен на основе эксперимента с приемлемой степенью достоверности. В качестве примера в табл. 5.1.5 приведены экспериментальные полные энергетические балансы всей плавки в электропечах вместимостью 20 и 100 т. Футеровка стен и свода обеих печей -кирпичная (не водоохлаждаемая). В печах применяют верхнюю завалку шахты и газоот-сос из печного пространства в течение всей плавки. В 100-тонной ДСП выплавлялась трансформаторная сталь, в 20-тонной - коррозионно-стойкая. Необходимо отметить значительный приход энергии за счет теплоты металлургических (химических) реакций и ее заметные потери с отходящими газами.
Рис. 5.1.7. Соотношения электрических параметров установки дуговой сталеплавильной печи. Цифры у кривых - индуктивные сопротивления X* короткого замыкания установки ДСП
5.1.5. Энергетические балансы плавок стали в ДСП вместимостью 20 и 100 т
Приход энергии	Вместимость печи, т				Расход энергии	Вместимость печи, т			
	20		100			20		100	
	кВт . ч	%	кВт • ч	%		кВт • ч	%	кВт * ч	%
Электроэнергия	11054	65,7	55000	66,9	Металл	7455	44,3	42680	51,9
Химические реакции	5264	31,3	25644	31,2	Шлак	1500	8,9	8540	10,4
Материалы	254	1,5	1300	1,6	в том числе:				
					удаленный по ходу плавки,	1106	6,6	6075	7,4
					выпускаемый	394	2,3	2465	3,0
					Поверхность печи	2038	12,1	5959	7,2
Воздух и кислород	136	0,8	254	о,3	в том числе:				
					свод	1188	7,1	4809	5,9
					стены	446	2,6	627	0,7
					днище	404	2,4	523	0,6
					Потери:				
					через рабочее окно	420	2,5	428	0,5
					через открытую печь при завалке и подвалке	262	1,6	6237	7,6
					с газами	2745	16,3	8773	10,7
					с водой	1003	6,0	2624	3,2
					электрические	1402	8,3	5435	6,6
Невязка	118	0,7			Невязка			1542	1,9
Итого	16826	100,0	82198	100,0 |	Итого	16826	100,0	82198	100,0
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ	215
216
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
5.1.5.	ДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Устройство печей. В отличие от ДСП дуговые печи постоянного тока (ДППТ) обычно имеют один вертикально установленный графитовый электрод, который вводят в рабочее пространство через экономайзер, расположенный в центре свода.
Узел ввода электрода и дверца рабочего окна хорошо уплотняются, что позволяет почти полностью ликвидировать подсос воздуха в рабочее пространство печи и выброс продуктов плавки в атмосферу цеха. Конструкция печи допускает работу с контролируемой нейтральной атмосферой.
Для подвода тока к шихте в подине печи устанавливают один или несколько водоохлаждаемых подовых электродов.
Подовый электрод является основным узлом ДППТ, который состоит из водоохдаж-даемого медного корпуса и приваренной к нему стальной головки, контактирующей в процессе работы печи с расплавляемым металлом. Зона водяного охлаждения корпуса вынесена за пределы днища печи. При сварке головки и корпуса должен быть обеспечен плотный шов без трещин, пор, раковин и непрова-ренных зон. Для контроля за состоянием электрода предназначены термопары, установленные в медном корпусе.
Ресурс непрерывной работы таких электродов составляет 2 - 2,5 года и определяется сроком ремонта подины, осуществляемым при капитальных ремонтах печи.
Преимущества ДППТ по сравнению с ДСП следующие:
снижен удельный расход электродов: в 4-5 раз при работе с обычной атмосферой и в 10 - 12 раз при нейтральной атмосфере;
повышен выход годного металла в результате снижения его угара на 3 -4 %;
сокращены расходы ферросплавов (на 15 - 20 %) и шлакообразующих;
отсутствует местный перегрев футеровки, и как следствие, снижен расход огнеупорных материалов;
снижены уровень шума на 15 - 20 дБА, пылегазовыбросы в 6 - 8 раз, а также затраты на системы воздухоочистки;
уменьшены помехи в питающей энергосистеме;
при необходимости источник электропитания может быть удален за пределы цеха.
Электрические режимы ДППТ. При выборе параметров источников электропитания и расчетах рабочих режимов вновь проектируемых печей в настоящее время используют экспериментальные результаты, полученные на действующих печах. Эти результаты обрабатываются в виде статических вольт-амперных характеристик (ВАХ) электрической дуги, которые методом физического подобия можно
распространить и на расширенную область режимов, в которой эксперименты не проводились.
Для современных ДППТ, оснащенных тиристорными преобразователями постоянного тока, режим по току поддерживается директивно. При этом задача расчета электрического режима сводится к нахождению напряжения дуги ид при заданных значениях тока /, межэлектродного промежутка I и при фиксированных температуре и составе газа, окружающего дугу в рабочем объеме печи. Средняя температура газа зависит от среднемассовой температуры шихты, определяемой по формуле
W
(5.1.24)
где И' - энергия, переданная шихте с начала плавки, Дж; g - масса шихты, загруженной в печь, кг; С - средняя удельная теплоемкость шихты в интервале температур от нуля до температуры плавления, Дж/(кг • °C).
По результатам измерений на сталеплавильной печи вместимостью 12 т получена полуэмпирическая зависимость для ВАХ:
Ug = и ЭЛ + Bola + A)^““0,5, (5.1.25)
где Ug - напряжение дуги, В; U3Jl - сумма соответствующих в дуге пр иэлектродних падений напряжения; U3n = 10 В;
Я0 = 1,3-92	(5.1.26)
(здесь 0 = ^r/4nax> h ’ текущая средняя температура расплавляемой шихты; - конечная наивысшая за плавку температура нагрева жидкого металла); I - ток дуги, А;
а = 0,47 + О,О302;	(5.1.27)
4) = 3130 - 56500 + 456502 - 121503;
(5.1.28) £ - межэлектродный промежуток, м.
Для физического подобия дуг постоянного тока необходимо соблюдение геометрического подобия всех размещенных в рабочих объемах печей элементов - самих дуг, электродов, футеровки, шихты и пр.
Анализ выражения (5.1.25) приводит к следующей формулировке правила физического моделирования электрических режимов дуг в ДППТ: если линейные размеры модельной дуги в т раз меньше размеров дуги-оригинала, то эта дуга должна иметь в /и2 раз меньший ток, в т2<х раз меньшее напряжение и в
ДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
217
т2(1+а) раз меньшую мощность дугового столба по сравнению с дугой-оригиналом. Здесь а определяется выражением (5.1.27), напряжение дугового столба
(5.1.29) а отношение линейных размеров оригинала и модели при геометрическом подобии печей выражается через номинальные вместимости печей - оригинала и gM модели:
т = 3&22-.	(5.1.30)
На эксплуатируемых в настоящее время ДППТ максимальная плотность тока в графитовых сводовых электродах составляет 25 - 50 А • см-2.
Электромагнитное перемешивание металла. Скорость движения металла в ванне Так дуги в ДППТ проходит через расплав подового электрода на дне ванны к дуговом\ пятну на ее поверхности, т.е. по всей глубине ванны. При взаимодействии тока с собственным магнитным полем в жидком металле возникают электромагнитные силы, вызывающие его направленное движение и перемешивание.
Движение жидкого металла имеет развитый турбулентный характер [3, 8, 9]. Скорость движения в ванне прямо пропорциональна току /дуги:
v(5L3i>
где Ом - эмпирический коэффициент, зависящий от геометрии области течения металла; Н - глубина ванны, м; Цо - магнитная постоянная, ро = 4 л • 10-7 Гн/м; р - плотность расплава, кг/м3.
При наличии в печи соосных центрально-расположенных графитового и подового электродов течение в расплаве имеет структуру тороидального вихря.
Если диаметр пятна дуги на металле меньше диаметра подового электрода tZ3, то осевая струя расплава направлена от дуги к подовому электроду (рис. 5.1.8). Для этого случая при расчетах скорости в центре ванны под дугой
1-Х2 м = Yi--
V к2
(5.1.32)
где у = 0,11 - 0,07 —
при 0,5 < — < 1,0 и
Рис. 5.1.8. Схема движения жидкого металла при его электромагнитном перемешивании в ДППТ с одним подовым электродом
Y
Н	Н
= 0,25 - 0,07 — при 1,0 < — <2,0; R	R
х = ^-.
«э
Если da > d3, направление движения ме-меняется на обратное. Тогда
талла в ванне принимают
«а
Расчеты,
выполненные по формулам (5.1.31) и (5.1.32), показывают, что ориентировочные скорости движения жидкого металла в центральной части ванны составляют, м • с1: для алюминия 0,2 - 0,25; для стали 0,12-0,17, что соответствует режиму развитых турбулентных течений, при которых обеспечивается эффективное выравнивание полей температуры и концентрации вводимых в металл присадок.
Температура металла под пятном дуги. При выборе энергетического режима плавки в ДППТ важно избежать перегрева жидкого металла под пятном электрической дуги, ухудшающего технологические и экологические показатели печи. Для этого выполняют расчел процесса теплопередачи в направлении вертикальной оси ванны металла.
В ванне жидкого металла (см. рис. 5.1.8) со средней температурой /в выделим под пятном дуги цилиндрический объем металла диаметром da и высотой Z, на который сверху от дуги поступает тепловой поток qa. Температура по высоте меняется от температуры пятна tn на верхнем торце цилиндра до температуры металла, вытекающего через нижний торец цилиндра. Изменение температуры в радиальном направлении не учитывают.
218
Глава 5.1. ДУГОВЫЕ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
В цилиндр через верхнюю часть высотой da/4 его боковой поверхности со скоростью v втекает, а через нижний торец с той же скоростью вытекает жидкий металл, имеющий плотность р и удельную теплоемкость с. Тогда
L = — + h,	(5.1.33)
4
где h - высота нижней зоны выделенного объема металла.
При неподвижном металле теплообмен между верхней и нижней поверхностями цилиндра осуществляется теплопроводностью. Движение металла сопровождается конвекцией, которая увеличивает интенсивность теплообмена. Будем учитывать конвекцию введением слагаемого Хда в выражение для эффективного коэффициента теплопроводности'.
Хэф=Х + Хда, (5.1.34)
где X - табличное значение коэффициента теплопроводности для неподвижного металла.
Перепад температур равен:
(5.1.35)
ГДе
(5л.з<5)
Как следует из выражения (5.1.35) перегрев металла под пятном дуги
Ыл = " *в прямо пропорционален удельному тепловому потоку \ра. Поток q& зависит от тока I, а диаметр пятна 41 пропорционален длине межэ-лектродного промежутка /. В условиях плавки в промышленных печах / и I могут изменяться в 2 - 3 раза, что в период выдержки жидкого металла может вызывать изменение удельного потока ц/а в пределах 0,25 • 107 - 3,5 • 107 Вт • м’2. На рис. 5.1.9 представлены зависимости температуры перегретого металла 4] от скорости его движения V.
При расчетах принято: о _ 7000 кг/м3; с = 837,4 Дж/(кг • °C); X - 23,3 Вт/(м • °C); <4 = 0,1 м; \|/а = 2  107 Вт/м2.
При неподвижном металле
* = £-da /4.
Рис. 5.1.9. Зависимость температуры I, под пятном дуги и величины h от скорости V движения жидкого металла
Для движущегося металла значение h выбирают таким, чтобы его дальнейшее увеличение не оказывало воздействия на результат расчета. В соответствии с (5.1.35) этого можно достичь, если
₽£*»1.	(5.1.37)
Из условия (5.1.37) следует, что для конкретного металла, у которого комплекс Х/(рс) постоянен, значение h обратно пропорционально скорости v движения жидкого металла.
Для стали
Nh = 10'4 м2/с,
для алюминия
vh = 10'3 м2/с.
При умеренных скоростях движения жидкого металла порядка 0,1 м/с, реализуемых в ДППТ, конвективный теплоперенос под пятном дуги преобладает над теплопроводностью и перегрев металла А/п не превышает 110 °C над температурой ванны /в, что обычно не приводит к нежелательным технологическим последствиям.
Модернизированные источники электропитания печей вместимостью 6 т и более работают по схеме 12-пульсного выпрямления (рис. 5.1.10) и имеют два выпрямителя, которые могут быть включены либо последовательно, либо параллельно. Плавка начинается при последовательном соединении выпрямителей и
ДУГОВЫЕ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
219
достаточно высоком уровне напряжения Uy обеспечивающем нахождение электрода над уровнем шихты. Ток ZHi в этот период составляет половину от его максимального значения (табл. 5.1.6). При таком режиме плавления обвалы шихты не происходят, металл достаточно равномерно нагревается во всем объеме до температуры 800 - 1200 °C, теряет механическую прочность и оседает. Жидкой фазы в этот период образуется мало, а вместо расплава в виде колодца в шихте, как правило, возникает широкая воронка. Вторую половину периода расплавления после параллельного включения проводят при напряжении U} = 0,5 C/j и токе 1н2 = 11п\ [7].
На новых печах управления электрическим режимом осуществляется микропроцессорными устройствами. В ДППТ, используя низкоуглеродистый стальной лом и коксик в качестве карбюризатора, можно получать серый чугун для литья машиностроительных деталей. Разработаны процессы плавки в ДППТ алюминия и его сплавов. Дуговые печи постоянного тока, позволяют плавить широкий сортамент черных и цветных металлов и сплавов и по сравнению с дуговыми печами переменного тока являются экологически более чистыми агрегатами.
Рис. 5.1.10. Принципиальная схема источника электропитания ДППТ:
Т - силовой трансформатор; В1н В2- выпрямители;
Р1 - РЗ - дистанционно управляемые разъединители;
LI in L2-дроссели постоянного тока
5.1.6. Основные параметры серийно выпускаемых ДППТ
Параметр	Вместимость печи, т				
	0,4	3,0	6,0	12,0	25,0
Выплавляемый металл	Алюминий			Сталь, чугун	
Мощность, МВт	0,725	2,8	4,0	8,0	16,0
Выпрямленное напря-					
жение, В:					
Ui	460	640		800	
и2	230	320		400	
Номинальный выпрям-					
ленный ток*, кА:					
4.1	1,60	6,25		10,0	20,0
4»	3,20	12,50		20,0	40,0
Время расплавления, не	0,33			0,9	
более, ч					
Расход графитирован-	0,5		1,5		
ных электродов, не бо-					
лее, кг/т					
Угар металла, %	0,5 	• 3,0	1	±	- 3,0	1 1,0 - 2,5
♦ Выпрямленный ток на всех печах может быть увеличен на 25 % по отношению к его номинальному значению в течение не более 1 ч за плавку.
220
Глава 5.2 ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Аишин В. Ш., Крайз А. Г., Мейк-сон В. Г. Трансформаторы для промышленных печей / Под ред. А. Г. Крайза. М.: Энергоиз-дат, 1982 (Трансформаторы; Вып. 39). 296 с.
2.	Бояревич В. В., Фрейберг Я. Ж., Шилова Е. Н., Щербинин Э. В. Электровихревые течения. Рига: Зинатне, 1985. 315 с.
3.	Дуговые печи постоянного тока. Исследование режимов работы и опыт эксплуатации / М. Я. Каплун, М. М. Крутянский, В. С. Малиновский и др. Ц Актуальные проблемы создания дуговых и руднотермических печей: Сб. науч, трудов ВНИИЭТО. М.: Энергоатом-издат, 1984. С. 44 - 53.
4.	Кацевич Л. С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей. М.: Энергия, 1977. 310 с.
5.	Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей: Справочник / Я. Б. Данцис, Л. С. Кацевич, Г. М. Жилов и др. М.: Металлургия, 1987. 250 с.
6.	Крутянский М. М., Малиновский В. С., Хотин В. А. Перевод дуговых сталеплавильных электропечей на постоянный ток как средство решения экологических проблем // Электротехническая промышленность. Электротермия. 1984. № 4. С. 8 - 9.
7.	Требования к конструкции дуговой сталеплавильной печи постоянного тока / В. С. Малиновский, М. К. Закомаркин, М. М. Липовецкий и др. // Металлургическая и горнорудная промышленность, 1988. № 4. С. 18 - 20.
8.	Чудновский А. Ю. О моделировании электровихревых течений // Магнитная гидродинамика, 1989. № 3. С. 69 - 74.
9.	Чудновский А. Ю. Оценка интенсивности одного класса электровихревых течений // Магнитная гидродинамика, 1989. №	3.
С.	137 - 139.
' 10. Эксплуатационное реактивное сопротивление дуговой сталеплавильной печи / Н. А. Пирогов, А. В. Хаинсон, В. Л. Рабинович, В. И. Дрогин Ц Актуальные проблемы создания дуговых и руднотермических печей: Сб. Науч, трудов ВНИИЭТО, 1984. С. 12 - 19.
11.	Электротермическое оборудование: Справочник / Под общ. ред. А. П. Альттаузе-на. М.: Энергия, 1980. 416 с.
Глава 5.2
ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
5.2.1.	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ВАКУУМНЫХ ДУГОВЫХ ПЕЧЕЙ
Вакуумные дуговые печи (ВДП) предназначены для производства слитков и фасонных отливок из высокореакциониых металлов
(титана, циркония, молибдена, ниобия, тантала, вольфрама и др.), а также из специальных сталей и жаропрочных сплавов. В связи с чем плавка в ВДП осуществляется либо в кристаллизаторе (рис. 5.2.1), либо в гарнисаже.
ВДП для выплавки слитков как металлургический агрегат позволяет при расплавлении и затвердевании осуществлять ряд физико-химических процессов, определяющих качество конечного продукта, а именно:
удалять: летучие примеси испарением; газы (водород, азот и кристаллизационную влагу), находящиеся в свободном и растворенном состоянии; химически связанные газы их переводом в газообразное состояние; неметаллические включения в виде оксидов, нитридов, карбидов, гидридов, сульфидов и их соединений в результате всплытия из-за разницы плотностей;
растворять лигатуры, которые обычно вводят в электрод или в ванну из дозатора;
формировать кристаллическую структуру слитка в условиях повышенного температурного градиента перед фронтом кристаллизации и двухфазной области небольшой протяженности, что обеспечивает минимальную дендритную неоднородность и высокую плотность металла, а также исключает дефекты ликваци-онного происхождения.
В вакуумной дуговой гарнисажной печи для получения фасонных отливок металл рафинируется в таких же условиях, как и при выплавке слитка. Лигатуры растворяются еще в более благоприятных условиях.
Рис. 5.2.1. Схема ВДП с кристаллизатором:
1 - электрод; 2 - водоохлаждаемый кристаллизатор;
3- слиток
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ 221
5.2.2.	ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ
Вакуумные дуговые печи (ВДП) для плавки в кристаллизаторе (табл. 5.2.1). В этих печах процессы плавления и затвердевания осуществляются одновременно (см. рис. 5.2.1). По мере расплавления расходуемого электрода жидкий металл перетекает в водоохлаждаемый кристаллизатор, где и застывает в виде слитка. Возможно применение и нерасходуемого электрода, но тогда шихту засыпают в кристаллизатор постепенно.
В качестве расходуемого (переплавляемого) электрода используют штанги круглого и квадратного сечений. Стальные электроды изготовляют из сортового проката, а также методами ковки и литья; титановые электроды первого переплава прессуют из губки; электроды из тугоплавких металлов собирают или сваривают из прессованных и спеченных шта-биков. Слитки можно подвергать нескольким переплавам, и тогда слиток предыдущего переплава становится электродом последующего.
Печи с кристаллизатором можно классифицировать по способу загрузки электрода и выгрузки слитка.
Печь с отъемным поддоном и стационарно закрепленным кристаллизатором. Загрузку электрода и выгрузку слитка осуществляют, опуская поддон и выкатывая его затем из-под печи. Недостаток печей этого типа -большая высота и трудности при эксплуатации (чистка кристаллизатора после плавки, а также центровка электрода).
Печь с отъемным кристаллизатором. Загрузку электрода и выгрузку слитка осуществляют посредством опускания кристаллизатора и перемещения его из-под печи в зону обслуживания краном. При такой схеме можно использовать два кристаллизатора, работающих поочередно, и чистить их на специальном стенде, сокращая продолжительность цикла. Недостатки печей этого типа -трудности, связанные с подводом охлаждения.
Печь со стационарным кристаллизатором и съемной вакуумной камерой. Перед загрузкой электрода вакуумная камера поднимается и отводится в сторону специальным механизмом или цеховым краном. Слиток удаляется вместе с гильзой и поддоном. Высота печи этого типа наименьшая, однако размеры в плане несколько увеличены, присоединение к камере вакуумной системы и оптических наблюдательных приборов, а также конструкция защитной камеры усложнены.
В нашей стране наибольшее распространение получили печи с отъемным кристаллизатором (рис. 5.2.2). Печи нового поколения выполнены как по этой схеме, так и по схеме со стационарным кристаллизатором.
Рис. 5.2.2. Общий вид дуговой вакуумной печи типа ДТВ-8, 7-Г10:
1 - защитный кожух; 2 - шток электрододержаТеля;
3 - вакуумная камера; 4 - кристаллизатор;
5 - поддон; 6 - дверца; 7 - механизм отката кристаллизатора (тележка); 8 - разгрузочный стол;
9 - гидравлический плунжер;
10 - механизм перемещения кристаллизатора;
11 - система охлаждения; 12 - пароэжекторный вакуумный насос; 13 - механизм для сбора возгонов
ВДП для плавки в гарнисаж (табл. 5.2.2) отличаются от ВДП для плавки в кристаллизаторе тем, что процессы плавления и затвердевания металла в гарнисажных печах происходят не одновременно. После расплавления металла в тигле расплав тем или иным способом сливают из тигля в форму, благодаря чему можно получить изделие сложной конфигурации. Расплав в тигле в течение всей плавки изолирован от стенок тигля слоем гарнисажа, образованным либо в процессе плавления - либо оставшимся в тигле после слива предыдущей плавки. Основные требования к гарнисажной
5.2.1. Технические характеристики ВДП для плавки в кристаллизаторе различных металлов
Параметр	ДМВ-5-Г3.6	ДСВ-3, 2-Г1	ДСВ-4, 5-Г2	ДСВ-6, 3-Г6	ДСВ-8-Г10	ДСВ-8-Г16	ДСВ-11, 2-Г37	ДТВ-8, 7-Г10	
								1-й переплав	2-й переплав
	Расплавляемый металл								
	Медь	Сталь						Титан	
Диаметр кристаллизатора, мм	320, 420, 520, 600	160, 200, 250, 320	160, 250, 320, 400, 450	320, 400, 500, 630	500, 600, 700, 800	560, 630, 710, 820	630, 800, 1000, 1120, 1350	450, 560, 650, 770	560, 650, 770, 870
Длина слитка, мм	1450	1750	1800	2700	4200		4300 - 5200	2640, 2780, 2810, 2890	3500, 4000
Максимальные* размеры электрода, мм:									
диаметр	490	220	360	510	700	650	1100	360, 450, 550, 600	440, 548, 636, 754
длина	2300	3550	2750	4550	3350	6000	7600	5100, 5450, 5500	5100, 5400, 5600
Масса слитка, т	3,5	1,1	2,0	6,3	10,0	16	60	1,92; 2,9; 4,2; 5,3	3,62; 5,06; 8,05; 10,3
Максимальный ток, кА	25	12,5			25		37,5	25	37,5
Давление в холодной печи, Па	0,133			0,06				2,66	
Расход охлаждающей воды, м3/ч	70	40	50	70	50	90	120	80	
Габаритные размеры, мм:									
общая высота	9320	12950	12000	13900	11650	19100	23900	20940	
заглубление	950	4200	-	5250	1950	9000	10500	7800	
в плане	7480 x 7340	4935x7310	9650 x 7000	6840 x 7960	8200 x 7000	9000 x 8200	5595x15900	9415 :	х 5310
Масса печи, т		23	50	29	80	55	135	140	
Глава 5.2. ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
Продолжение табл. 5.2.1
	дтв-ю-гю		ДДВ-1, 4-В0Г	[ДДВ-2, 5-В06	|ДКВ-3, 2-КГ0.6	| ДКВ-4, 5-Г2,5	1	ДРВ-0, 3-Г			
Параметр	1-й переплав	2-й переплав	1-й и 2-й переплавы						
	Расплавляемый металл								
	Титан		Молибден		Цирконий		Вольфрам	| Молибден	| Ниобий
Диаметр кристаллизатора, мм Длина слитка, мм Максимальные* размеры электрода, мм: диаметр длина Масса слитка, т Максимальный ток, кА Давление в холодной печи, Па Расход охлаждающей воды, м3/ч Габаритные размеры, мм: общая высота заглубление в плане Масса печи, т	450, 560, 575, 650, 870 1750, 2050, 2100, 2400, 2700, 2890 360, 450, 550, 700 3460, 4000, 4100, 4300, 4700, 4850, 5100 1,2; 2,17; 2,54; 2,84; 3,93; 42; 53 25 1,: 8 21] 78 9415x5310 | 2i:	575, 670, 770, 1000 1800, 3000, 3400, 4000 440, 548, 636, 856 4100, 4650, 4700, 5300, 5600, 6000, 5100 3,35; 3,6; 5,15; 6,05; 8,05; 10,0 37,5 33 0 •94 00 11230x7200 1,4	60, 80, 100, 125, 140 420 90 1000 0,11 0,0013 60 3400 3950x3000 7	100, 140, 160, 200, 220, 250 685, 700, 730, 730, 730, 835 100, 140, 160 600, 1715, 1715, 1715 0,09; 0,175; 0,23; 0,41; 0,57 12,5 0,0065 40 3750 8090x3860 20	250, 320 1200 196, 245 1900, 1960 0,37; 0,60 0,1 70 13865 3700 7100x4820 65,1	280, 360, 450 V 1600, 2000, 2450 230, 250, 350 2100, 4000 0,63; 1,25; 2,5 33 80 14100 3000 6000x10800 135	450, 800 80, 130 0,166; 0,295 25	160, 200, 25( 9< 115, 130, 460 2450 0,156; 0,256; 0,385 0,665 190 10000 2000 7000 x 5000 32	) )0 ПО, 140, 180 0,129; 0,199; 0,380
* Для слитка соответствующей длины и массы.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ
Примечание. Напряжение электропитания 75 В.
5.2.2. Технические характеристики ВДП для плавки в гарнисаже различных металлов
	ДТВГ-0.06ПЦ	ДТВГ-0.16ПФ	ДТВГ-0.25ПФ	ДТВГ-0.6ПЦ	ДТВГ-2.0ПЦ	ДРВГ-0.025ПЦ	ДХВГ-0.25ПЦ
Параметр	Расплавляемый металл						
	Титан					Вольфрам	Тантал
Вместимость плавильной ванны, кг	25 - 100	160	250	600	1000 х 2	25	250
Сила тока (постоянного), кА	12,5	14,0	25,0	37,5	37,5	12,5	75,0
Напряжение, В	28 - 32	28 - 33	38-40	75	75	75	75
Остаточное давление, Па	0,65	1,33	0,65	0,65	0,666	0,133	0,665
Максимальные размеры электрода, м:							
длина	0,5	0,5	0,485	1,00	1,65	1,00	.	1,5
диаметр	0,2	о,з	0,465	0,62	0,56	0,28	0,18
Максимальные размеры формы, м:							
длина (диаметр)	0,8	0,8	1,0	1,85	2,8	1,50	1,5
ширина	-	0,6	0,8	-	-	-	-
высота	0,5	0,5	1,2	1,60	6,0	1,00	0,9
Частота вращения формы, мин*1	150 - 650	-	-	250	250 - 400	300 - 600	800
Вместимость бункера, м3	-	0,6	0,55	-	-	0,1	0,1
Скорость плавки, кг/мин	5 - 8	6-8	10 - 15	10 - 20	40	3-5	4
Длительность цикла, ч	3 - 2	5,5	6,5	7	5,5	4	4
Расход охлаждающей воды, м3/ч	25	38	45	70	150	47	125
Масса печи, т	17,6	36,6	42	61	400	15	60
Глава 5.2 ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВАКУУМНЫХ ПЕЧЕЙ 225
печи - получение в необходимом количестве достаточно горячего металла и быстрая заливка его в форму при условии отсутствия заметного перехода его в гарнисаж. Это вынуждает проводить процесс плавления с большой скоростью при высокой удельной мощности дуги.
Жидкая ванна образуется при плавке как расходуемым электродом, так и нерасходуе-мым (рис. 5.2.3). В последнем случае переплавляемый металл подают в зону плавления в виде кусков или порошка.
Гарнисажные печи могут быть периодического (за один цикл заливается одна форма), полунепрерывного (за один цикл заливается несколько форм) и непрерывного действия.
Рис. 5.2.3. Схема гарнисажной ВДП:
1 - тигель; 2 - корпус печи; 3 - форма; 4 - электрод
Гарнисажные печи применяют также для получения слитков круглого и прямоугольного сечения.
В зависимости от способа разливки металла печи можно подразделить на две группы: печи с разливкой при горящей дуге и печи с разливкой после разрыва дуги.
Печи с разливкой после разрыва дуги имеют механизм перемещения, расположенный за пределами вакуумной камеры (рис. 5.2.4). По окончании плавления дугу выключают, электрод быстро поднимают и осуществляют слив металла. Недостаток схемы - потеря времени на подъем электрода и наклон тигля с открытым зеркалом, что может вызвать охлаждение металла.
В печи с разливкой при горящей дуге расплав подогревают во время разливки. Эксплуатируют несколько разновидностей печей этой группы:
с механизмом перемещения электрода (винтовым), закрепленным на тигле внутри вакуумной камеры и наклоняемым вместе с тиглем;
со сливом металла в стационарную или вращающуюся форму;
с тигелем и электродом, закреплеными внутри камеры, и механизмом перемещения, расположенным снаружи (рис. 5.2.5); форму устанавливают в отдельной камере, соединенной с плавильной цапфой, через которую проходит разливочный желоб; разливка осуществляется при наклоне плавильной камеры вместе с тиглем и электродом относительно цапфы (схема перспективна для большегрузных печей);
Рис. 5.2.4. Гариисажиая ВДП с откатывающейся камерой мод. ОКБ-956:
1 - камера; 2- установка крышки; 3 - электродвигатель центробежного стола; 4 - привод наклона тигля;
5 - вакуумная система; 6 - привод перемещения штока; 7 - шток. 8 - тигель; 9 - центробежный стол
8 Зак 108
226
Глава 5.2. ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
Рис. 5.2.5. Гариисажиая ВДП с двумя разливочными камерами мод. ДТВГ-0,6ПЦ:
1 - плавильная камера; 2 - тигель; 3 - токоподвод, 4 - заливочная камера; 5 - вакуумная система;
6 - центробежная машина; 7 - желоб
с тигелем, поворачивающимся таким образом, что сливное отверстие, находящееся в процессе плавки выше уровня расплава, перемещается вниз, оказываясь под ванной. Электрод при этом остается в прежнем положении (дуга продолжает гореть ). Металл поступает в форму, располагаемую под тиглем.
КПД дуговых печей. ВДП несмотря на отсутствие футеровки, имеют достаточно большой КПД, что объясняется высокой концентрацией мощности в дуговом промежутке, передаваемой непосредственно электроду и жидкой ванне и таким образом используемой на плавление и перегрев металла.
Тепловой КПД составляет 20 - 50 % и зависит от распределения мощности дуги между катодом и анодом. При плавке тугоплавких металлов (молибдена, ниобия, вольфрама и др.) КПД более низкий, чем КПД при плавке легкоплавких металлов (стали, титана), а доля тепловых потерь выше.
Электрический КПД высок и составляет 85 - 90 %, так как печи работают на постоянном токе и индуктивные потери малы.
Расход электроэнергии при плавке различных металлов различен и зависит в основном от температуры плавления (табл. 5.2.3).
5.2.3. Расход электроэнергии при плавке различных металлов
Расплавляемый	Расход электроэнергии,
металл	кВт • ч/т
Медь (Си)	1500
Железо (Fe)	1800
Титан (Ti)	2500
Цирконий (Zr)	3000
Ниобий (Nb)	4000
Молибден (Мо)	5000
Тантал (Та)	6000
Вольфрам (W)	10 000
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
227
5.2.3.	ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
Кристаллизатор является наиболее напряженным, с точки зрения тепловых воздействий, узлом печи и состоит из внутренней гильзы 1 и наружного кожуха 2, между которыми имеется полость для протока охлаждающей воды (рис. 5.2.6). Гильзу изготовляют из меди или хромистой бронзы - материалов с высоким коэффициентом теплопроводности. Бронза более предпочтительна, так как имеет лучшие прочностные и технологические характеристики.
При плавке металлов с температурой плавления до 2000 °C толщина стенки гильзы составляет 35 - 40 мм, при плавке более тугоплавких металлов - 10 - 20 мм. Толщина поддонов которые также предпочтительно делать из хромистой бронзы, составляет соответственно 60 - 150 и 20 - 30 мм. Наружную рубашку кристаллизатора изготавливают обычно из немагнитной стали. Поддон снабжен уплотнителем 4.
Шток-электрододержатель (рис. 5.2 7) предназначен для закрепления и перемещения электрода и подвода к нему тока. Шток состоит из коаксиально расположенных труб - наружной стальной J, и внутренней токоведущей 2, изготавливаемой из меди. Шток охлаждается водой. Внутри штока размещают ходовой винт 3, при вращении которого происходит вертикальное перемещение штока. В сталеплавильных печах применяют цепную подвеску штока. На нижнем конце штока предусмотрен хвостовик, используемый для крепления электрода с помощью резьбы или специального цангового зажима.
Привод перемещения штока обеспечивает как рабочие скорости (несколько миллиметров в минуту), так и маршевые скорости для быстрой ликвидации коротких замыканий и выполнения сборочных операций (около 1 м/мин). С этой целью применяют двухдвигательные приводы с дифференциальным редуктором или однодвигательные с тиристорным управлением.
Вакуумная камера представляет собой водоохлаждаемый герметичный сосуд, к нижнему фланцу которого присоединяется фланец кристаллизатора, а к верхней крышке - уплотнение штока. На верхней крышке расположены два - три смотровых окна оптических наблюдательных приборов. Для чистки камеры предусмотрены люки, для присоединения вакуумной системы - патрубок.
Соленоид предназначен для создания аксиального магнитного поля с целью стабилизации дуги и перемешивания расплава и представляет собой катушку, намотанную из изолированного медного провода в несколько слоев. Расчет соленоида выполняют по формуле
/cw = —	+ ^с'	(5.2.1)
я
где 1С - ток соленоида, A; w - число витков; Н - напряженность в середине соленоида, А/м; Dc >	- соответственно диаметр и длина
катушки, м.
Ток соленоида выбирают таким, чтобы напряжение на соленоиде в целях безопасности было минимально возможным. Питание соленоида осуществляют от полупроводниковых выпрямителей с возможностью переключения полярности.
Вторичный токоподвод печи состоит из шин и участка гибких кабелей, позволяющих
8*
228
Глава 5.2. ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
перемещать шток. Их сечение рассчитывают по существующим нормам для постоянного тока. Гибкий участок токоподвода, охлаждаемый водой, изготовляют из кабелей типов МГГ и КВС, допускающих плотность тока соответственно 2 - 3 и 5 - 7 А/мм2. Токопод-воды располагают как можно дальше от зоны плавления с целью снижения магнитного поля в зоне плавки. Токоподвод к кристаллизатору осуществляют через вакуумную камеру.
Вакуумная система должна обеспечивать откачку выделяющихся газов и поддерживать заданное остаточное давление, которое зависит от расплавляемого металла:
Остаточное давление, Па
Для стали................. 1-7
Для титана...................... 0,5	- 13
Для циркония.................. 0,01	- 0,07
Для молибдена, ниобия, тантала и вольфрама.........	0,13 - 0,65
Соответственно давлению выбирают типы вакуумных насосов, затворов и средств измерения вакуума. Наиболее распространены системы с бустерными, паромасляными или механическими насосами. Печи для тугоплавких металлов, работающие при более низких давлениях, оборудуют также и диффузионными насосами. Получают широкое распространение вакуумные системы состоящие из без-масляных насосов - водокольцевого, двухроторного и воздушных эжекторов.
Защитный кожух печи предназначен для локализации взрыва, который может произойти в случае соединения высокореакционного металла, например титана, с водой. В кожухе имеются проемы для перемещения кристаллизатора с электродом и входа людей (см. рис. 5.2.2).
Специфические особенности узлов гарни-сажных печей. Тигель воспринимает несколько меньшие тепловые нагрузки, чем кристаллизатор, так как происходит растекание
теплоты в вертикальном направлении - и по гарнисажу, и по стенке. Кроме того, тигель защищен гарнисажем от непосредственного воздействия дуги.
В отечественной промышленности широкое распространение получили графитовые тигли (рис. 5.2.8), более безопасные в эксплуатации. Графитовые тигли 1 устанавливают в водоохлаждаемом корпусе 2 из обычной или немагнитной стали. Толщина стенки тигля составляет 20 - 60 мм. Металлические тигли изготовляют* из меди или хромистой бронзы.
Соленоид является обязательной принадлежностью гарнисажной печи, так как он обеспечивает усреднение химического состава и температур расплава. Обычно у соленоида диаметр больше длины.
Вторичный токоподвод размещают внутри вакуумной камеры частично, чтобы уменьшить магнитные поля, отклоняющие дугу.
Источники питания ВДП, как правило, выполняют на базе тиристорной техники. Основные их особенности достаточно большие токи при малом напряжении на дуге, широкий диапазон и высокая точность стабилизации тока (± 1 %), высокие КПД (93 %) и коэффициент мощности (0,86 -0,88 в номинальном режиме). Параметры отечественных выпрямительных агрегатов приведены в табл. 5.2.4.
Рис. 5.2.8. Схема графитового тигля гарнисажной печи
5.2.4. Технические характеристики выпрямительных агрегатов
Параметр	ТВ9-12500/75Т	ТВ9-25000/75Т	ТВ9-37500/75Т
Номинальный выпрямленный ток, А	12 500	25 000	37 500
Номинальное напряжение:			
выпрямленное, В		75	
питающее сети, кВ		6, 10	
Номинальная мощность агрегата, кВт	937,5	1875	2812,5
Расход охлаждающей воды, м3/ч	3	6	9
РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧЕЙ
229
Агрегат состоит из силового трансформатора, выпрямительного блока и теплообменника.
Системы управления ВДП строят обычно по принципу двухконтурного регулирования. Один канал управления обеспечивает стабильность протяженности дугового промежутка посредством перемещения электрода по сигналу "напряжение на печи". Второй канал обеспечивает заданную скорость плавки или заданный ток дуги. Кроме того, система может осуществлять управление по программе и сбор информации. Последнее поколение регуляторов реализовано на микропроцессорах.
5.2.4.	РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧЕЙ
Электрические и тепловые процессы в ВДП. Источником энергии в ВДП является электрический разряд, характеризующийся большим током и достаточно низким напряжением. Теплота, выделяющаяся в дуге, отводится в электрод (катод) и жидкую ванну (анод). Торец электрода разогревается до температуры плавления, расплавляется и в виде капель стекает вниз, образуя, жидко металлическую ванну, в которой происходит интенсивная конвективная теплопередача, особенно при наличии соленоида.
При плавке в кристаллизаторе по мере расплавления электрода образуется слиток, интенсивно затвердевающий со стороны дна и стенок. При гарнисажной плавке стремятся регулировать мощность дуги таким образом, чтобы расплав не переходил в твердую фазу.
Распределение мощности дуги в межэлектродном промежутке не зависит от тепловых потерь через ограничивающие поверхности и характеризуется катодным (hK) и анодным (Аа) коэффициентами мощности:
~	/ ^д>	~	/ ^д' (5.2.2)
гае Рк, Ра и /д - доли мощности, выделяющиеся соответственно на катоде и аноде и мощность дуги.
Значения коэффициентов приведены в табл. 5.2.5.
С целью активного влияния на распределение мощности дуги между электродами и ванной можно использовать присадки редкоземельных элементов с низкой работой выхода электронов (лантана, церия, неодима), что позволяет уменьшить ионный ток на катод, снизить выделяющуюся на нем мощность и уменьшить скорость его плавления почти до нуля.
5.2.5. Значения катодного и анодного коэффициентов мощности
Расплавляемый металл	AK	
Си	0,23 - 0,33	0,72 - 0,67
Ti	0,50 - 0,70	0,50 - 0,30
Zr	0,57 - 0,60	0,43 - 0,40
Та	0,15 - 0,20	0,85 - 0,80
Nb	0,18 - 0,30	0,82 - 0,70
Cr	0,67 - 0,75	0,33 - 0,35
Mo	0,23 - 0,27	0,77 - 0,73
W	0,25 - 0,29	0,75 - 0,71
Fe	0,50 - 0,60	0,50 - 0.40
Ni	0,19 - 0,56	0,51 - 0,44
Энергетический баланс электрода при плавке на прямой полярности (электрод -катод) описывается уравнением
?э =	= -^э.пол + Лэ.ИЗЛ + ?Э.ИСП ’ ^в э>
(5.2.3)
где Рэ.пол - мощность, расходуемая на нагрев и плавление (включая перегрев металла). Вт; РЭИзл  мощность тепловых потерь излучением с поверхности электрода, Вт; Рэ.исп - мощность, расходуемая на частичное испарение металла с электрода, Вт; Рв э - мощность теплопередачи излучением с поверхности ванны на электрод, Вт.
Мощность, расходуемая на нагрев и плавление,
^э.пол = ^[смт(^гор _ ^о) + <7м]> (5.2.4)
где G - скорость плавки, кг/с; см т - средняя удельная теплоемкость твердого металла в интервале температур от начальной температуры /о до температуры металла на плавящемся торце электрода Ггор, Дж/(кг • °C); qM - теплота плавления металла, Дж/кг.
Мощность тепловых потерь излучением с поверхности электрода
А изл ~ п г f *	(5.2.5)
где f - коэффициент (табл. 5.2.6), учитываю-
. .	„	Вт • кг
щии физические свойства металла, —-------;
м 3 • с
D3 - диаметр электрода, м.
230
Глава 5 2 ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
5.2.6. Значения коэффициента f, учитывающего физические свойства металла
Расплавляемый металл	^rop ~ (^пл + 20), °C	/• io3, Вт • кг м3 • с
Си	1200	12,8
Ti	1680	1,4
Zr	2100	5,4
Та	3100	1,1
Nb	2500	33,0
Cr	1980	2,5
Mo	2675	86,0
W	3500	384,0
Fe	1600	1,6
Ni	1550	2,8
* Гпд - температура плавления.
Значения Рэ изл, подсчитанные для промышленных печей, не превышают 10 % полезной мощности.
Потери теплоты на испарение металла с электрода в промышленных печах практически отсутствуют, так как при ^ст « D3 на торце электрода одновременно идут процессы испарения и конденсации (здесь £ст - длина столба туги).
Мощность, передаваемая с зеркала ванны на электрод при переплаве цилиндрического электрода.
(5.2.6)
где 8пр = 8м ж/(2 - ем ж) - приведенная степень черноты (здесь 8МЖ - степень черноты расплава (жидкого металла) в ванне и на электроде); Сто - постоянная Стефана-Больцмана. Вт/м2 • К4; Тп, Т3 - средняя температура соответственно зеркала ванны и электрода, К.
Энергетический баланс слитка. При анализе энергетического баланса слитка следует иметь в виду, что в ВДП анодом является не только слиток, но и кристаллизатор. Часть
электронов из столба разряда попадает на стенку кристаллизатора (ток утечки), вызывая соответствующие потери анодной мощности:
Ру =	= hyPa, (5.2./)
где /у - ток утечки, A; Ua - напряжение на дуге, В; Ау = hAIy/I.
Доля мощности. выделяющейся на зеркале в а н -н ы :
Рв = (Аа - hy)Pa. (5.2.8)
Уравнение энергетического баланса поверхностного слоя слитка в квазистацио-нарном тепловом режиме имеет вид:
’ Лу)Рд = ?в.пол + ?в.изл +
+ ^вэ+^в.конв + ?исп-	(5.2.9)
Полная мощность, израсходованная на перегрев металла зеркала ванны,
^впол = G см ж(А1 “ ггор)< (5.2.10)
где см ж - удельная теплоемкость жидкого металла, Дж/(кг • °C); Гп - температура поверхности.
Излучение с незаэкранированной электродом части зеркала ванны осуществляется в основном на холодные поверхности: стенку кристаллизатора, боковую поверхность электрода и вакуумную камеру, без особой погрешности при выплавке цилиндрического слегка
/ , >4
Аим =емжОгО-(Яв-0э)2 — >
D.	rlUI	M.JK и ' D	7'	100 у 7
(5.2.11)
где Z)B - диаметр ванны, м.
Теплопередача от зеркала ванны вниз осуществляется в основном конвекцией. При известной скорости движения расплава
^в.конв = Усм.ж7м.ж(^п " ^пл)*^П’ (5.2.12) где v - скорость движения, м/с; ум ж - плотность расплава, кг/м3; 5П - площадь поперечного сечения потока, м2.
Для циркуляции, вследствие действия магнитного поля от соленоида и тоководов (циркуляция по всему объему ванны)
•5’п=^£'.	(5.2.13)
где Нв - высота ванны, м.
Тепловые потери на испарение металла с зеркала ванны должны рассчитываться для каждого компонента и суммироваться:
РАСЧЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА И ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧЕЙ
231
^в.исп/ - 10 Ф<7исп/> (5.2.14)
п
Р„ исп = У Л» исп /,	(5.2.15)
D. HU11 / j JD. MUll I '	’	'
/=1
где G[ - количество испарившегося компонента, кг/с; i - теплота испарения этого компонента. Дж/кг.
Тепловые нагрузки на стенку кристаллизатора. Внутренняя стенка кристаллизатора воспринимает наибольшие тепловые нагрузки в зоне непосредственного контакта слитка со стенкой и в зоне излучения с зеркала ванны и столба дуги. Значения максимальных удельных тепловых потоков на уровне зеркала ванны зависят от диаметра слитка и мощности дуги и с увеличением диаметра слитка уменьшаются:
Металл....................... Сталь
Максимальный удельный тепловой поток <7тах> кВт/м2.	510 - 1300
Ti	Mo	W
500 - 1500	2600 - 5300	4000 - 7000
При зажигании дуги на стенку кристаллизатора в анодном пятне воздействуют тепловые нагрузки, достигающие, кВт/м2: 104 - 105 в вакууме, 106 - 107 в аргоне.
Расчет основных параметров и узлов печи. Размеры печи определяются размерами выплавляемого слитка. Отношение длины к диаметру у стального слитка, после плавки подвергаемого ковке или прессованию, не должно превышать 2,5 - 3, предназначенного для прокатки на сорт 4 - 5; у титановых слитков это отношение составляет 4,5 - 7,5, у слитков из тугоплавких металлов 2-4.
Зазор между электродом и стенкой кристаллизатора составляет 8 - 15 % диаметра кристаллизатора (меньшая цифра относится к большему диаметру).
Длину дуги при плавке поддерживают в пределах, мм: для стали и сплавов на основе никеля 20 - 40, титана 40 - 200, тугоплавких металлов 30 - 40.
Основным параметром ВДП является скорость плавки, определяющая процессы дегазации и удаления летучих примесей и неметаллических включений, а также форму жидкой ванны, и следовательно, направление роста кристаллов и протяженность двухфазной зоны. Выбор скорости осуществляют экспериментально после проведения опытных плавок и исследования слитков. Ис
пользуют также методы расчета, связывающие скорость наплавления со скоростью кристаллизации, направлением роста кристаллов, температурой поверхности ванны и протяженностью двухфазной области.
Температура поверхности ванны в свою очередь определяет тепловой поток, проходящий через расплав к фронту кристаллизации, и протяженность двухфазной области.
После выбора скорости плавки рассчитывают катодные составляющие баланса, а также мощности дуги по формуле
(5.2.16)
Ток и напряжение на дуге выбирают по вольт-амперным характеристикам из условия:
Рд = IUa.	(5.2.17)
Электрические параметры можно изменять по определенной программе, учитывающей особые условия начального и конечного периодов плавки (рис. 5.2.9).
Охлаждение конструктивных узлов ВДП. Конструктивные узлы ВДП, прилегающие к рабочему пространству, воспринимают чрезвычайно высокие тепловые нагрузки, поэтому необходимо достаточно интенсивно охлаждать их и в первую очередь кристаллизатор, поддон и шток.
Расход воды QB рассчитывают при полной мощности дуги:
съТ вОвых ^вх)
где Св-в м3/с: св - Удельная теплоемкость воды, Дж/(кг • °C); ув - плотность воды, кг/м3: 4ых и *вх - температуры соответственно выходящей и входящей, °C.
Температура воды на выходе не должна превышать 45 °C, в противном случае на гильзе выпадают соли и образуется теплоизоляционный слой, повышающий температуру стенки на 160 - 200 °C.
Рис. 5.2.9. Программа изменения электрических параметров плавки с учетом начального и конечного периодов:
1- Аф= 1,12 м; 2- Лкр= 1,0 м,
3 -	= 0,8 м; 4 -	= 0,63 м
232
Глава 5.2. ВАКУУМНЫЕ ДУГОВЫЕ ПЕЧИ
Ширину водяного зазора выбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточную скорость движения воды при расчетном расходе. Пои этом удельный тепловой поток, отводимый водой, не должен превышать критической плотности теплового потока, которая характеризует переход пузырькового кипения в пленочное и зависит от скорости vB движения и давления ръ воды в полости.
Критическая плотность теплового потока при давлении в водяной полости 0.3 МПа зависит от скорости охлаждающей воды:
vB, м/с.....	0,3 0.6 1,0 1,5 2,0
0кр, кВт/м2 ... 3400 3600 4300 4400 4800
В тех случаях, когда отводимый водой тепловой поток составляет 300 - 500 кВт/м2, он может быть снят в режиме конвективного охлаждения, т.е. без пузырькового кипения. Для этого необходимо, чтобы вода двигалась со скоростью около 1 м/с, что осуществимо лишь с применением направляющего вкладыша, обеспечивающего зазор в пределах 5 -8 мм. Эта задача разрешима только для кристаллизаторов малых размеров. На промышленных кристаллизаторах из-за больших допусков при изготовлении не удается обеспечить режим конвективного охлаждения.
При охлаждении в режиме пузырькового кипения происходит выпадение солей даже ПРИ Азых < 45 °C. поэтому необходимо очищать воду.
Расход воды на охлаждение поддона рассчитывают на половину мощности дуги. Скорость движения воды с помощью водонаправляющей спирали увеличивают до 2 - 3 м/с.
Расчет параметров вакуумной системы состоит из определения потока газовыделений, складывающегося из внутреннего газовыделения и натекания газа через неплотности. По этому потоку находят производительность насоса и давление на впускном патрубке.
Количество одновременно выделяющихся газов в вакуумной камере зависит от газосо-держания, степени дегазаций и скорости плавки металла. Для различных металлов газосо-держание (?0, приведенное к нормальному давлению, составляет:
Qo • 103, м3/кг
Для стали....................... 0,1	- 1,0
Для титана (губка).............. 0,2	- 0,65
Для титана (слиток 1-го переплава) .......................... 0,17	- 0,25
Для циркония (йодидного)....	0,16
Для молибдена.................... 0,2	- 0,25
Для ниобия....................... 0,25	- 0.75
Для тантала (карботермичес-кого)............................. 2,30
Для вольфрама (карботерми-ческого).......................... 0,52
При переплаве расходуемого электрода газы могут выделяться из твердого электрода, пленки жидкого металла на его нижнем торце, капли, висящей на электроде и находящейся в полете, и ванны расплавленного металла. Степень дегазации в ВДП очень высокая и достигает: 0,7 - 0,8 для стали, титана (губки), молибдена и тантала; 0,3 - 0,65 для ниобия; 0,9 для вольфрама. При втором переплаве степень дегазации титана около 0,7.
Поток газовыделения определяют по формуле
QT = 27,8ЛО(?О<?,	(5.2.19)
где по - степень дегазации; Qo - газосодержа-ние перед плавкой, м3/кг.
При расчете скорости откачки вакуумной системы следует учитывать также десорбцию с внутренних поверхностей печи, а также внешнее натекание (6н). Нормы натекания для некоторых действующих печей приведены в табл. 5.2.7.
Выделяющиеся в процессе плавки газы проходят в вакуумную камеру через зазор между кристаллизатором и электродом.
Давление в вакуумной камере рассчитывают по формуле
оГ
Рк=Ра~^< *5.2.20)
где ра - давление в межэлектродном промежутке, Па; U3 - проводимость зазора. м3/с.
Расчеты проводимости зазора и трубопроводов вакуумной системы приведены в работе [2].
Особенности расчета энергетического баланса и параметров гарнисажных печей. Энергетический баланс рассчитывают так же, как при выплавке слитка, однако при расчете теплоотдачи от расплава к гарнисажу следует учитывать интенсивное перемешивание расплава. Для гарнисажных печей эту составляющую баланса удобно рассчитывать по формуле
5.2.7. Нормы внешнего натекания газа для некоторых действующих печей
Модель печи	Натекание QH  103. Па • м3/с
ДСВ-3.2-Г1	6,6
ДСВ-6.3-Г6	6,6
ДСВ-11.2-Г37	26,6
ДМВ-5-Г3.5	4,0
ДТВ-5,7-Г2,5	26,6
ДТВ-8.7-Г10	53,2
ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
233
Ражонв “ аконв(4:р.ж “ ^пл)^в>	(5.2.21)
где Оконв • коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 ♦ °C); /срж - средняя температура расплава, °C; 5^ - площадь поверхности раздела фаз, м2.
Площадь поверхности раздела фаз:
Для ванны цилиндрической формы
5В = —Di + 7с/)вЯв; (5.2.22) D	л D	D D7	'	'
4
Для ванны в форме усеченного конуса
2
SB = - (д, - 2tfBtg£] +	[ DB -
в в в*» 2у В I в в 2)
COS-2 (5.2.23)
где Нъ - глубина ванны, м; 0 - угол при вершине конуса.
Значения коэффициентов. Благодаря интенсивному перемешиванию в гарнисажных печах коэффициент конвекции в расплаве достигает значений: еэ = 10	100.
Соответственно перепад температур по сечению теплового ядра расплава составляет 50-5 °C, поэтому в расчетах энергетического баланса без большой погрешности можно принять:
^ср.ж ~ Аг
Тогда в формуле (5.2.8) все члены правой части являются функцией температуры поверхности расплава (средней температуры ядра), поэтому уравнение можно использовать для определения температуры расплава при известных мощности дуги и коэффициентах распределения мощности дуги.
Коэффициенты теплоотдачи аконв достигают больших значений. Расчетные значения аконв для переплава титана при различных скоростях v движения расплава приведены ниже:
V, м/с............. 0,50 1,00 1,50 2,00
Оконв Ю-З, Вт/(м2-°С)... 1>Ю 1,28 1,40 1,72
Критерии плавки. При плавке в гарнисаже наиболее значимым критерием является средневзвешенная температура расплава, которая для обеспечения необходимой жидкотекучести должна превышать температуру плавления на 150 - 180 °C. Дополнительным критерием следует считать форму поверхности раздела фаз, так как этот критерий связан с выходом годного металла и возможным загрязнением расплава материалом тигля. Постоянство формы ванны достигается регулиро
ванием соотношения подводимого и отводимого тепловых потоков.
Параметры печи. Важным геометрическим параметром печи является отношение диаметра к глубине ванны которое целесообразно поддерживать следующим: 3 для печей малой и средней вместимости; 2 д ля печей вместимостью более 250 кг.
Диаметр электрода целесообразно иметь максимально большим, чтобы снизить тепловые потери излучением с зеркала ванны. При небольшом зазоре, однако, возникает опасность размыва бокового гарнисажа и перемещения анодного пятна на периферию ванны. Учитывая эти обстоятельства, диаметр электрода рекомендуется выбирать в пределах:
D3 = (0,6 - 0,7)Рв.	(5.2.24)
Длину электрода целесообразно выбирать такой, чтобы его хватило на две-три плавки.
Толщина гарнисажа должна быть достаточной для предотвращения выхода расплава к стенке тигля. При плавке в графитовом тигле рекомендуемая толщина гарнисажа 20 - 60 мм.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Волохонский Л. А. Вакуумные дуговые печи. М.: Энергоатомиздат, 1985. 231 с.
2.	Электротермическое оборудование: Справочник / Под общ. ред. А. П. Алытаузе-на. М.: Энергия, 1980. 416 с.
Глава 5.3
ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ
5.3.1. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
Вакуумные индукционные плавильные печи (ВИПП) применяют для плавки и рафинирования особо чистых металлов, а также для высоколегированных сплавов и прецизионных отливок.
ВИПП можно подразделить на печи периодического и полунепрерывного действия.
ВИПП периодического действия. В этих печах расплавление, дегазацию и рафинирование металла выполняют под вакуумом; разливку - либо под вакуумом, либо в среде нейтрального газа; все вспомогательные технологические операции (загрузку шихтовых материалов, установку и выгрузку изложниц или форм, зачистку и подготовку тигля) - при открытой плавильной камере.
Поворотные ВИПП применяют для плавки черных и цветных металлов и их сплавов с разливкой в одну изложницу или форму. У печей этого типа при сливе металла наклоняется установленный на цапфах кожух плавильной камеры. При его повороте жидкий
234
Глава 5.3. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ
металл из тигля, расположенного внутри жестко укрепленного индуктора, сливается в изложницу или форму, предварительно установленную в специальной горловине.
Поворотный кожух печи сопрягается стационарной вакуумной системой с помощью вакуумных поворотных уплотнений. Вместимость этих печей не превышает 200 - 250 кг по стали, рабочий вакуум - 0,1 - 1 Па.
ВИПП с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха имеет ряд преимуществ перед поворотной печью:
возможность исполнения с большой вместимостью тигля (до нескольких тонн);
возможность осуществлять заливку нескольких изложниц или форм;
более удобны для наблюдения и контроля за процессом слива металла из тигля;
отсутствие сложных поворотных уплотнений;
возможность применения мощных откачных систем.
ВИПП с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха представляют собой стационарный вакуумный кожух, внутри которого смонтирован плавильный узел, состоящий из каркаса с установленными в нем индуктором и тиглем. Плавильный узел с помощью механизма, расположенного вне кожуха печи, можно поворачивать для слива металла.
Производительность этих печей увеличивается благодаря шлюзовым камерам для загрузки тигля без нарушения вакуума в плавильной камере и устройствам для складирования форм или изложниц.
Печи с донным сливом металла. В печах этого типа осуществляют разливку через отверстие, расположенное в дне неподвижного тигля. Их существенное преимущество заключается в том, что всплывающие в процессе плавки шлаки и плены не попадают в слиток, обеспечивая его высокую чистоту. Кроме того, отсутствие наклона существенно увеличивает стойкость тигля.
Донный слив можно осуществлять с помощью ряда устройств (рис. 5.3.1), из которых наибольшее распространение получили: стопорное устройство, расплавляющаяся пробка и отламывающаяся насадка.
При плавке металла в графитовом тигле предпочтителен способ разливки с помощью откалывающейся насадки, представляющей собой графитовый стакан, на конце которого сделана кольцевая проточка, ослабляющая в этом месте его стенку. По окончании расплавления специальный боек разбивает стакан и металл выливается в изложницу или форму.
Рис. 5.3.1. Схемы донного разлива металла:
а - проплавлением пробки; б - откалыванием насадки;
в и г - стопорами, установленными соответственно внутри тигля и вне его
Печи с сифонным сливом металла состоят из двух камер, расположенных одна над другой и герметично изолированных друг от друга (рис. 5.3.2). В верхней камере находится плавильный узел 7, а в нижней - изложница или форма 2. Связь тигля с изложницей осуществляется через трубу - сифон Л достаточно термостойкий, а также химически стойкий к расплавленному металлу.
Во время плавки в обеих камерах поддерживается заданный вакуум. При сливе металла в плавильную камеру подается нейтральный газ. Благодаря разнице давления в камерах металл перетекает из тигля в изложницу.
Печи с индуктором, расположенным вне вакуумной камеры. Расположение индуктора в вакуумном пространстве не исключает попадание воды в тигель с расплавленным металлом при появлении течи в индукторе. Этого недостатка лишены печи, в которых индуктор расположен вне вакуумной камеры (рис. 5.3.3). Кожух таких печей должен быть неэлектропроводным и теплостойким, а также обладать достаточной газонепроницаемостью и
ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ
235
Рве. 5.3.2. Схема ВИПП с сифонным сливом металла: 1 - плавильный узел; 2 - литейная форма; 3 - сифон
Рис. 5.3.3. Электропечь с кварцевой трубой:
1 - дозатор; 2 - погружения термопара; 3 - ломик, 4 - гляделка; 5 - верхний фланец, 6 - кварцевая труба;
7 - керамическая подставка; 8 - тигель;
9 - теплоизоляционная засыпка; 10 - индуктор;
77 - керамический экран; 12 - керамический стакан;
13 - механизм перемещения индуктора;
14- переходный фланец со стопорным устройством.
75 - камера для изложниц,
16 - печь подогрева изложниц;
17 - шток для подогрева изложниц; 18 - рама
обеспечивать создание внутри печи необходимого вакуума. Этим требованиям наилучшим образом удовлетворяют трубы из кварца. Но небольшие размеры труб ограничивают вместимость тиглей этого типа печей несколькими килограммами.
ВИПП полунепрерывного действия рассчитаны на осуществление рабочего цикла без нарушения вакуума в плавильной камере. Эти печи значительно сложнее печей периодического действия. Однако более высокие производительность, стойкость тигля и качество получаемого металла делают эти печи предпочтительными при плавке больших количеств (500 кг и более) металла и получении отливок особо ответственных деталей.
Печи с наклоняющимся тиглем внутри неподвижного кожуха включают в себя, наряду с плавильной камерой, камеры для загрузки шихты и форм или изложниц. Эти камеры снабжены вакуумными технологическими затворами, допускающими шлюзование. Печи имеют также устройства для ввода присадок, взятия проб металла, чистки тигля, измерения температуры без нарушения вакуума в плавильной камере.
Поворотные печи (рис. 5.3.4). Внутри плавильной камеры печи жестко укрепляют индуктор с тиглем. Разливочная камера отделена от плавильной технологическим вакуумным затвором. Слив расплавленного металла проводят через промежуточный желоб поворотом плавильной камеры.
Наличие сменных разливочных камер дает возможность выполнять разливку металла одним из следующих методов непрерывного литья: в изложницы, точным литьем в стационарные формы и центробежным литьем.
Поворотные печи могут иметь и большую вместимость. Недостаток этих печей -наличие промежуточного желоба. Футерованный огнеупорными материалами желоб служит источником дополнительных загрязнений разливаемого металла.
Технические характеристики ВИПП периодического и полунепрерывного действия даны в табл. 5.3.1.
Узлы ВИПП. Магнитный поток, создаваемый индуктором и идущий на разогрев садки, замыкается вне индуктора, поэтому часть активной энергии магнитного потока поглощается металлическим корпусом вакуумной камеры. Таким образом, наличие корпуса увеличивает потери печи и уменьшает мощность, выделяющуюся в загрузке. Обычно внутренний диаметр корпуса в 2 - 2,5 раза больше наружного диаметра индуктора. При таком соотношении диаметров потери в кожухе и уменьшение мощности, выделяемой в загрузке, становятся незначительными.
236
Глава 5.3. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ
Рис. 5.3.4. Поворотная ВИПП непрерывного действия с выносной разливочной камерой:
1 - механизм наклона плавильной камеры; 2 - плавильный узел; 3 - плавильная камера;
4 - ломик для осаживания шихты; 5 - устройство для замера температуры и взятия проб;
6 - технологический вакуумный затвор; 7 - дозатор; 8 - камера загрузки; 9 - тележка; 10 - разливочный желоб;
11 - механизм опускания днища плавильной камеры; 12 - вакуумное поворотное уплотнение;
13 - технологический вакуумный затвор; 14 - камера изложниц
5.3.1. Технические характеристики ВИПП периодического и полунепрерывного действия
Модель печи	Номинальная вместимость, т	Мощность источника питания, кВт	Контур индуктора		Допустимая температура расплава, °C	Производительность по расплавлению и перегреву, т/ч	Расход охлаждающей воды, м3/ч	Габаритные размеры (длина х ширина х высота), м	Масса, т	Конструктивные особенности
			Напряжение, В	Рабочая частота, Гц						
ИСВ-0,06-ПФИ1 ИСВ-0,16-ПИИЗ ИСВ-1,0-ПХИ1 ИКВХ-3-4/2000И1	0,06 0,16 1,00 3,00	160 250 1500 2000	500 800 800 800	Леч 2400 2400 2400 2400	и периодит 1650 1700 2600 2000	некого действ 0,12 0,16 1,00	ия 6,5 10 136 430	5,1 х4,7 х х4,0 8,0 х 4,2 х х4,5 11,0х6,5х х 13,5 10,6 х 8,3 х х10,0	9,0 9,5 70 135	С наклоняющимся тиглем: имеет сменные плавильные узлы на 10, 25 и 40 кг С наклоняющейся плавильной камерой: имеет сменные плавильные узлы на 60 и 100 кг С тиглями стационарным "холодным" диаметром 500 и сменным диаметром 200 мм Со стационарным "холодным" тиглем и последовательно работающими четырьмя постами
ИСВ-0Д6-НФИ1 ИТВХ-0,16/1,0-ПФИ1 ИСВ-0,6-НИИЗ ИСВ-2,5-НИИЗ ИТВ-3,0-НИИ1	0,16 0,16 0,60 2,50 3,00	250 1250 500 1600 800	800 800 800 1000 800	Печи 2400 2400 1100 1000 1000	полунепрер 1700 1500 1700 1750 1500	ывного дейст 0,21 0,06 0,24 1,00 1,20	вия 4,0 100 30 132 72	11,5х8,5х х6,8 12,4 х 9,5 х х7,5 10,8 х 11,3 х х7,6 18,9x17,1 х х8,9 18,0 х 16,3 х х13,0	62,6 80,0 96,6 252 245	С наклоняющимся тиглем: имеет сменные плавильные узлы на 60 и 100 ет С наклоняющимся "холодным” тиглем и плазмотроном С наклоняющимся тиглем С наклоняющимся тиглем С графитовым тиглем
Примечание. Рабочие давления в плавильных камерах ВИПП периодического и полунепрерывного действия одинаковы и составляют 0,655 Па. 
ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЛАВИЛЬНЫЕ ПЕЧИ	237
238
Глава 5.3. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ
Питание к индуктору подводят через специальное поворотное уплотнение большого диаметра либо коаксиальным то ко подводом.
Магнитопроводы. В печах с наклоняющимся тиглем вместимостью более 40 кг индуктор крепят в каркасе - опорной, несущей конструкции печи. Для уменьшения размеров каркаса его экранируют пакетами магнитопроводов из листовой трансформаторной стали. Потери в магнитопроводах обычно составляют 1 - 2 % общей мощности печи. Допустимые удельные потери мощности Руд на 1 м2 боковой поверхности пакета магнитопровода зависят от остаточного давления в вакуумной камере:
Руд, Вт/м2, Остаточное давление, не более	Па
650	103
525	2,0
475	0,1
Тигли. От правильности выбора материала футеровки зависят качество металла и долговечность работы тигля. Тигли ВИПП футеруют набивными массами, штучными керамическими изделиями или применяют готовые вставные тигли.
Набивные тигли имеют наибольшее распространение и применяются в печах вместимостью до 6 т. Их выполняют из электроплав-ленных оксидов алюминия, магния, кальция, циркония, магнезита и корунда. У набивных тиглей спекается только внутренний слой, который непроницаем для металла. Наружный слой остается неспеченным, благодаря чему тигель может расширяться без разрушений.
Изготовление тиглей большой вместимости из штучных муллитокорундовых огнеупоров дает возможность повысить механическую прочность тигля и сократить время простоев печи на перефутеровку, при этом между наружной стенкой кладки и индуктором оставляют зазор 25 - 50 мм, заполняемый обычно магнезитовым порошком, служащим буферным защитным слоем в случае прорыва металла через огнеупорную стенку тигля.
Готовые вставные тигли применяют в следующих случаях: графитовые - для плавки цветных металлов; керамические - для плавки жаропрочных сплавов в печах вместимостью до 150 кг. Зазор между тиглем и индуктором заполняют теплоизоляцией в виде крупки.
Для загрузки шихтовых материалов в тигель без нарушения вакуума в плавильной камере служит камера загрузки. Она отделена от плавильной камеры технологическим вакуумным затвором.
Дозаторы. Для введения в расплавленный металл в процессе плавки различных твердых присадок служат дозаторы. Наиболее
распространены конструкции дозаторов, представляющие собой цилиндрические камеры, внутри которых расположены либо поворачивающиеся стаканчики, либо секции с открывающимися донышками. Число секций или стаканчиков определяется числом вводимых в расплав компонентов.
Технологические устройства. Все вакуумные индукционные плавильные печи снабжают устройствами для взятия проб и измерения температуры расплава. Конструкция устройства для взятия проб представляет собой вакуумную разъемную камеру, примыкающую к плавильной. Через уплотнения в крышке камеры внутрь печи вводят штоки, на концах которых закреплены пробирка для взятия проб металла и чехол, защищающий горячий спай термопары. Перемещение штока в печах малой и средней вместимости выполняют вручную, в печах большой вместимости - с помощью электропривода и цепной передачи.
Термоэлектрические термометры, как правило, служат только для разового измерения температуры с целью контроля работы радиационного пирометра, постоянно регистрирующего температуру металла в тигле.
Печи снабжаются целым рядом дополнительных устройств, обеспечивающих нормальное ведение плавки. В частности, для осаживания шихты и пробивки "мостов”, для скалывания шлака и зачистки тигля и т.д. Конструктивно их выполняют в виде водоохлаждаемых трубчатых штоков, совершающих возвратно-поступательное движение. За счет шарового шарнира угол подачи штока может меняться.
5.3.2. ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ
Вакуумные индукционные печи с секционным металлическим водоохлаждаемым (холодным) тиглем (ИПХТ-М) для плавки тугоплавких и химически активных металлов и сплавов на их основе обеспечивают высокое качество металла благодаря отсутствию взаимодействия расплава с материалом тигля и окружающей средой. Наиболее целесообразно применять ИПХТ-М для следующих процессов: рафинировочной плавки тугоплавких и химически активных металлов, получения высококачественных фасонных отливок из специальных сплавов, выплавки сложнолегированных сплавов, металлотермического восстановления металлов из их соединений (оксидов, фторидов, хлоридов и т.п.), переработки отходов редких металлов и их сплавов, получения металлических порошков и т.п.
Несмотря на довольно низкие энергетические показатели, применение ИПХТ-М обеспечивает существенный экономический эффект вследствие производительности а также в результате повышения, главным образом, качества металла.
ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ С ХОЛОДНЫМ ТИГЛЕМ
239
Созданы ИПХТ-М двух типов, отличающиеся по своему производственному назначению, т.е. их используют для получения либо металлического слитка (непосредственно в холодном тигле), либо отливок. Конструктивно в ИПХТ-М для получения слитка реализованы две схемы - вытягивание слитка из холодного тигля (рис. 5.3.5) и наплавка металла в холодном тигле. В первой схеме индуктор неподвижен относительно тигля, а поддон перемещается вниз и вытягивает за собой слиток; во второй схеме, по мере наплавления слитка, перемещается вверх индуктор.
Литейные ИПХТ-М также выполняют по двум схемам - с разливкой через медный охлаждаемый носок при наклоне тигля и с донным сливом расплава.
Холодный тигель ИПХТ-М представляет собой конструкцию, собранную из электрически изолированных друг от друга медных охлаждаемых секций. Как правило, тигли имеют круглое сечение, однако можно применять также тигли квадратного, прямоугольного или другого сечения.
Рис. 5.3.5. ИПХТ-М для вытягивания слитка: 1 - расплав; 2 - кожух печи; 3 - индуктор; 4 - холодный тигель; 5 - слиток; 6 - поддон; 7 - механизм втягивания слитка
Изготовление секций. Секции холодного тигля изготовляют фрезеровкой, в большинстве случаев, трубчатых заготовок с различной формой сечения, в некоторых случаях - фрезеровкой из монолитных медных брусков. При использовании медных брусков полость охлаждения выбирают со стороны, обращенной в готовом изделии к индуктору. Далее ее герметизируют медной пластиной, привариваемой или припаиваемой к стенкам полости. Во избежание пористости для изготовления секций тигля применяют медный прокат или хорошо прокованные литые медные болванки, проходящие тщательный контроль на отсутствие дефектов.
Электрическая изоляция между секциями тигля осуществляется нанесением на боковую поверхность секций покрытия из AI2O3, которое выполняют методом газотермического (плазменного) напыления. В ряде конструкций в качестве электрической изоляции применяют миканит или слюдо-пласт.
Охлаждение тигля, поддона и индуктора осуществляют чистой проточной водой в объеме, необходимом для съема теплового потока.
Разновидности печей с холодным тиглем. Созданы конструкции с холодным тиглем, заделанным в ва-куумгерметичную стеклопластиковую оболочку. Важнейшее преимущество печей - кардинальное сокращение объема плавильной камеры, что облегчает требуемого состава атмосферы печи (или вакуума).
В табл. 5.3.2 приведены экспериментальные данные по плавке ряда металлов в печи с холодным тиглем диаметром 0,12 м и вместимостью 8 кг (по стали) [1].
Источники нагрева. Энергетические показатели ИПХТ-М улучшают также в результате использования дополнительного источника нагрева с достаточно высоким КПД. Созданы конструкции ИПХТ-М с дуговым и электронно-плазменным источниками нагрева.
5.3.2. Удельный расход электроэнергии и полный КПД ИПХТ-М при плавке некоторых металлов в периодическом режиме
Параметр	Расплавляемый металл						
	Жаропрочная сталь	Сг	Ti	Gd	Y	La	Ni
Удельный расход электроэнергии на расплавление, кВт • ч/кг	21	3,2	2,30	1,10	2,20	1,20	5,00
Усредненный КПД за период расплавления	0,16	0,12	0,18	0,08	0,07	0,05	0,07
240
Глава 5.3. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ
5.ХЗ. Основные технические характеристики ИПХТ-М некоторых типоразмеров
Параметр	ИСВ-1,0-ПХИ1	ИКВХ-3-4/2000И1	ИТВХ-0,16/1,0-ПФИ1	ИНВХ-0,16/1,0-ПИИ1	ИПХТ-500
Холодный тигель:					
объем, л	230	670	20		2
диаметр, м	0,2; 0,5	0,65	0,25		0,06
Допустимая температура расплава в тигле, °C	2600	2000	1500	2000	2600
Мощность преобразователя частоты, кВт	1500	2000	1000		500
Число / мощность (кВт) плазмотронов Габаритные размеры, м:	-	-	2/250	1/250	-
длина х ширина	1,1 X 0,65	10,6 X 8,3	12,4 х 9,5	9,7 х 9	1,8 х 1,2
высота	13,5	10	7,5	6,1	1,5*
Масса (комплекса), т	70	135	80	70	0,7*
♦ Без электрооборудования.
Примечание. Для всех типов электропечей напряжение на индукторе 800 В, частота тока в индукторе 2400 Гц, вакуум в плавильной камере 0,133 Па.
Использование электронно-плазменного источника нагрева, мощность которого составляет обычно 10 - 35 % мощности индуктора, обеспечивает, наряду со снижением удельного расхода электроэнергии на 20 - 50 %, существенное расширение технологических возможностей ИПХТ-М, особенно при перегреве и рафинировании расплава.
Основные технические характеристики промышленных печей некоторых типоразмеров приведены в табл. 5.3.3.
Назначение печей. Электропечь ИСВ-1,0-ПХИ1 предназначена для рафинировочной плавки. Может эксплуатироваться со сменными тиглями диаметром 0,2 и 0,5 м. Высота выплавляемого слитка до 2 м.
Электропечь ИКВХЗ-4/2000И1	(’’Им-
пульс") (рис. 5.3.6) предназначена для металлотермического восстановления металлов. Состоит из четырех плавильных постов, питающихся от одного источника электроэнергии, имеющих единую систему водооборотного цикла для охлаждения элементов печи и общую систему для создания предварительного разрежения.
Электропечи ИТВХ-0,16/1,0-ПФИ1 и ИНВХ-0,16/1, ОПИИ1 используют для производства фасонных отливок. В них предусмотрены два независимых источника нагрева -индукционный и электронно-плазменный, которые могут работать как одновременно, так и раздельно. Электропечь ИТВХ-0,16/1,0ПФИ1 оснащена специальным оборудованием работать с токсичными материалами, и вторым вакуумным плазмотроном, предназначенным для обогрева прибыльной части слитка. В этой электропечи может быть также осуществлена разливка металла в форму, установленную на центробежном столе.
Электропечь ИПХТ-500 предназначена для рафинировочной плавки тугоплавких металлов и химически активных металлов и сплавов. Холодный тигель этой печи помещен в вакуумгерметичную оболочку из стеклопластика.
Разработана также ИПХТ-М литейного назначения с донным сливом расплава через отверстие в медном охлаждаемом поддоне.
Методика инженерного расчета параметров ИПХТ-М приведена в [1].
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕЧЕЙ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
241
Рис. 5.2.6. Электропечь "Импульс":
7 - слиток; 2 - камера печи; 3 - индуктор; 4 - холодный тигель; 5 - вакуумная система. 6 - механизм транспортировки слитка
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Тир Л. Л., Губченко А. П. Индукционные плавильные печи для процессов повышенной точности и чистоты. М.: Энергоиздат, 1988. 120 с.
2.	Gubchenko A. Induction Melting of Metals in Cold Crucible // Proceedings of Ivtema-tional Symposium on Electromagnetic Processing of Materials. Nagoya: Japan, 1994. p. 511 - 516.
3.	Gubchenko A., Novikov Y., Choud-hury A, Hugo F. Vacuum-Induction and Induction-Plasma Furnaces with Cold Crucible // Proceedings of Vacuum Metallurgy Conference. Pittsburgh: USA, 1991. p. 15 - 20.
4.	Induction Cold Crucible Technology for High radioactive Waste Arising from Spent Nuclear Fuel Reprocessing // A. Gubchenko, V. Pastushkov, V. Serebryakov. Proceedings of International Congress on Electromagnetic Processing of Materials, Paris, France, 1997. p. 237 - 242.
Глава 5.4
ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
5.4.1.	ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПЕЧЕЙ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА. РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС И РАЗНОВИДНОСТИ
ЭЛЕКТРОШЛАКОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Основная область применения печей элек-трошлакового переплава (ЭШП) - производство слитков из высококачественных сталей (шарикоподшипниковых, конструкционных, коррозионно-стойких, теплостойких, валковых и др.). Слиток, полученный ЭШП отличается от обычного слитка, отлитого в изложницу, отсутствием усадочной раковины, осевой пористости, осевой и внецентренной ликвации, чистотой по неметаллическим включениям и сниженной анизотропией механических свойств, лучшей деформируемостью. ЭШП также применяют для улучшения качества
242
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
цветных металлов - меди, титана и сплавов на их основе.
Принцип действия печей ЭШП (рис. 5.4.1). Расходуемый электрод из переплавляемого металла погружается в слой электропроводящего флюса (шлака), размещенного в водоохлаждаемом металлическом кристаллизаторе, к которому примыкает водоохлаждаемый поддон. Электрический ток, пропускаемый через электрод и шлак, поддерживает шлак в расплавленном состоянии при температуре 1600 - 2000 °C. Часть теплоты, выделяемой в шлаковой ванне, передается контактирующему с ней электроду, торец которого оплавляется. Капли металла, стекающие с торца электрода, проходят через слой шлака и формируются в водоохлаждаемом кристаллизаторе в виде слитка. В процессе переплава в верхней части слитка на границе со шлаковой ванной образуется ванна жидкого металла, а на боковой поверхности слитка тонкая корочка затвердевшего шлака (гарнисаж).
Рис. 5.4.1. Схема электрошлакового переплава:
7 - расходуемый электрод; 2 - шлаковая ванна.
3 - кристаллизатор, 4 - поддон; 5 - слиток.
6 - металлическая ванна, 7 - шлаковый гарнисаж
К основным факторам, обуславливающим улучшение качества металла при ЭШП, относятся:
рафинирование жидкого металла шлаками на оплавляемой поверхности электрода в процессе прохождения капель через слой шлака и на поверхности раздела шлаковая ванна - слиток;
последовательная направленная кристаллизация слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе;
формирование слитка в шлаковом гарнисаже, что способствует получению ровной гладкой поверхности слитка, не требующей дополнительной механической обработки.
Полный цикл ЭШП состоит из собственно плавкими вспомогательных операций. Процесс плавки, в свою очередь, содержит следующие этапы: наведение шлаковой ванны, наплавление слитка и выведение усадочной раковины.
Процесс плавки. Технология наведения шлаковой ванны может осуществляться с применением твердого флюса или расплавленного, заливаемого в кристаллизатор из флюсоплавильной печи. Расход флюса в обоих случаях составляет обычно 3 - 5 % массы слитка. Химический состав и свойства наиболее распространенных флюсов приведены в табл. 5.4.1 (7 - 9].
Для расплавления твердого флюса непосредственно в кристаллизаторе применяют специальные смеси, электропроводящие в холодном состоянии.
Заливка в кристаллизатор расплавленного флюса обеспечивает более высокое качество донной части слитка при одновременном сокращении цикла плавки. Расплавление флюса для последующей заливки его в кристаллизатор печей ЭШП осуществляется в однофазных и трехфазных печах вместимостью до 4 т.
5.4.1. Рабочие флюсы для ЭШП.
Марка флюса	Химический состав. % (мае доля)					Температура плавления, °C	Удельное электрическое сопротивление расплавленного флюса. Ом  м
	CaFj	AJ2O?	CaO	MgO	SiOj		
АНФ-1П	95	-	5	-	-	1390 - 1470	0,0015 - 0,002
АНФ-6	70	30	-	-	-	1320 - 1340	0,003 - 0,0035
АНФ-29	38	17	30	3	12	1230 - 1250	0.0020 - 0.003
АНФ-291	18	40	25	17	-	1450	0,0037 - 0,004
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ
243
В процессе наплавления слитка основной задачей является достижение оптимальных условий наплавления, кристаллизации и очистки металла от примесей и газов. Для этого необходимо изменение электрических параметров плавки по определенному закону (рис. 5.4.2).
Расходуемые электроды для ЭШП представляют собой металлические штанги круглого, квадратного или прямоугольного сечения, полученные ковкой, прокаткой, а также обычным или полунепрерывным литьем.
Затравки предназначены для обеспечения электрического контакта между слитком и поддоном и предохранения поддона от тепловых нагрузок в первоначальный момент плавки. Обычно их изготовляют из того же металла, что и переплавляемый электрод. Форму и размеры затравок определяют в зависимости от схемы переплава.
Разновидности электро-шлаковой технологии (ЭШТ). На базе ЭШП получили развитие другие разновидности ЭШТ, к которым относятся: элек-трошлаковая сварка (ЭШС) крупных заготовок, элекгрошлаковое литье (ЭШЛ), электро-шлаковое кокильное литье (ЭКЛ), или элек-трошлаковая тигельная плавка, электрошлако-вая порционная отливка (ПЭШО), электро-шлаковая наплавка (ЭШН), элекгрошлаковое производство биметаллических заготовок (ЭШПБ), электрошлаковый переплав окатышей (ЭШПО) и стружки (ЭШПС), а также ЭШП под давлением (ЭШПД) и ряд других процессов.
ЭШЛ отличается от ЭШП применением сложнопрофильного кристаллизатора, соответствующего по форме изделию. Этим способом производят следующие заготовки: корпуса арматуры, валки прокатных станов, трубы, коленчатые валы, сосуды высокого давления, шестерни и др.
Рис. 5.4.2. Изменения тока и напряжения печи ЭШП в процессе плавки:
1 - начальный период; 2 - период плавления, 3 - выведение усадочной раковины
ЭШН предусматривает нанесение на поверхность заготовки равномерного слоя элек-трошлакового металла, образуемого в результате переплава под шлаком расходуемых электродов. В процессе ЭШН зона плавления обычно перемещается вдоль обрабатываемой поверхности. Химический состав электродов выбирают в соответствии с назначением изделия.
ЭШПО - способ, состоящий в переплаве металлизованных окатышей, которые дозатором непрерывно подаются вместе с раскислителями в шлаковую ванну, подогреваемую с помощью нерасходуемого электрода. При непрерывном процессе ЭШПО осуществляют вытягивание слитка с порезкой его на мерные заготовки и скачивание избыточного шлака.
Способ ЭШПД предназначен для получения сталей и сплавов с высоким неравновесным содержанием азота. При ЭШПД переплав расходуемых электродов ведут при явлении около 5 МПа в закрытых печах. В процессе переплава осуществляют легирование металла азотосодержашими добавками.
5.4.2.	ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ
Основные параметры печей ЭШП. Масса выплавляемого слитка является основным параметром, на котором основывается размерный ряд печей ЭШП (ГОСТ 26654-85), включающий печи типов: ЭШП-1,25, ЭШП-2,5. ЭШП-5, ЭШП-10,	ЭШП-20,	ЭШП-40,
ЭШП-60 и ЭШП-80. Число в условном обозначении печи означает массу выплавляемого слитка в тоннах.
Другой важный параметр - форма сечения слитка. При получении слитков одинаковой массы печи для производства слитков круглого, квадратного и прямоугольного сечений, трубных заготовок и фасонных отливок имеют различные параметры и конструктивные решения.
По числу электродов, одновременно переплавляемых в один кристаллизатор, различают одно-, двух-, трех- и многоэлектродные печи. Число переплавляемых электродов и их сечение зависят от условий производства и электрической схемы переплава. При прочих равных условиях целесообразно стремиться к увеличению коэффициента заполнения кристаллизатора к^, являющегося отношением суммарного сечения переплавляемых электродов к сечению слитка, что позволяет уменьшить высоту печи. Коэффициент заполнения кристаллизатора для большинства промышленных печей составляет 0,20 - 0,64 и растет с увеличением массы слитка.
Исполнения печей. Одно- и двухэлектродные печи выполняют по однофазной схеме, а трех- и многоэлектродные - по однофазной
244
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
и трехфазной. Основные разновидности электрических схем ЭШП приведены на рис. 5.4.3. Наибольшее распространение получили однофазные одноэлектродные печи. Трехфазные печи отличаются лучшими энергетическими показателями по сравнению с однофазными одноэлектродными, но обладают меньшим коэффициентом заполнения кристаллизаторов, в результате чего увеличивается длина электродов, и следовательно, - высота печи. Для получения слитков прямоугольного сечения предпочтительна двухэлектродная бифилярная печь. Ее преимущество перед обычными однофазными печами - более высокий (до 0,9) коэффициент мощности и меньший расход электроэнергии. Схема с последовательным подключением двух печей к одному трансформатору (см. рис. 5.4.3, г) позволяет выплавлять одновременно два слитка круглого или квадратного сечения и обеспечивает бифилярность электродов и короткой сети.
Существуют две модификации печей ЭШП. В соответствии с одной из них переплав осуществляют в неподвижном глухом кристаллизаторе. при другой схеме кристаллизатор перемещается относительно наплавляемого слитка или слиток относительно кристаллизатора. В отечественных конструкциях, как правило, применяют перемещающийся кристаллизатор. Применение схемы ЭШП с коротким перемещающимся кристаллизатором облегчает задачу внешнего воздействия на шлаковую и металлическую ванны и слиток, в частности, утепления донной части слитка для предотвращения трещин. Приведенные схемы реализованы в серии промышленных печей ЭШП,
предназначенных для производства слитков мессой 2 - 60 т и включающей печи ОКБ-905, ОКБ-906, ОКБ-1065, ОКБ-1155. О КВ -1111, которыми оснащены цеха и участки металлургических и машиностроительных заводов.
Технические характеристики печей ЭШП приведены в табл. 5.4.2. Общий вид печи ЭШП-2.5ВГ дан на рис. 5.4.4.
Рис. 5.4.3. Электрические схемы печей ЭШП: а - одноэлектродная однофазная, б - трехэлектродная трехфазная. в - двухэлектродная однофазная с бифилярным токоподводом; г - то же для получения двух слитков
5.4.4. Основные параметры печей ЭШП для производства слитков
Параметр	ЭШП-0,125	ЭШП-0.25ВГ	ЭШП-2.5ВГ	ЭШП-10ВГ	ЭШП-10Г	ЭШП-20ВГ	ЭШП-40ВГ
Мощность источника питания, кВ • А	250	630	1600	2390 (частота, Гц: 0,49; 0,99; 1,9; 4,7; 9,4)	3200	2 х 5000	2 х 5000
Максимальный ток, А	5000	10 000	21 000	25 000	35 000	50 000	50 000
Максимальный размер поперечного сечения слитка, мм:							
поперечного			400 х 550	650 х 650	300 х 1400	620х 1970	760 х 2000
круглого	0 200	0 250	0 425		0 800		
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ
245
+9150
Рис. 5.4.4. Электропечь ЭШП-2,5ВГ:
/ - блок; 2 - колонна; 3 - вторичный токовод; 4 - каретка кристаллизатора; 5 - система водоснабжения.
6 - система воздухоподвода; 7 - противовес; 8 - каретка-суппорт; 9 - конечный выключатель:
10 - тележка кристаллизатора; 11 - поддон; 12 - кристаллизатор; 13 - система газоотсоса.
14 - дозатор; 15 - электродная каретка
Основные особенности печей ЭШП для производства слитков:
широкий сортамент типоразмеров слитков, включая слитки прямоугольного сечения;
возможность применения обычной и би-филярной схем переплава, а также стационарных (индекс Г) и подвижных (индекс В) кристаллизаторов;
соответствие конструкции печи требованиям современной технологии ЭШП (применение дозаторов для подачи легирующих добавок и раскислителей, использование сифонного устройства для ’’жидкого старта”, подача защитного газа и др.);
применение: тиристорных приводов кареток, обеспечивающих перемещение электро-додержателей и кристаллизаторов в широком диапазоне скоростей; специализированных трансформаторов с большим числом (90) ступеней рабочего напряжения; специализированных автоматических регуляторов на базе микропроцессорных средств, позволяющих управлять по заданной программе параметрами переплава.
Снижение себестоимости металла. Основные затраты при производстве металла в печах ЭШП приходятся на электроды с учетом возвратов и угара (60 - 85 %), флюсы и раскислители (3 - 8 %) и передел (18-32 %).
246
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
Затраты на производство литых расходуемых электродов для ЭШП ниже затрат на кованые или катаные электроды.
На стадии электрошлакового передела большое значение приобретают такие показатели. как повышение надежности, ремонтопригодности. производительности и технологической гибкости оборудования при одновременном уменьшении его материало- и энергоемкости. Например, двухпостовые печи ЭШП-20ВГ (рис. 5.4.5) и ЭШП-40ВГ обеспе-
чивают высокий коэффициент использования мощности трансформаторов и высокий уровень производительности в результате плавки одного слитка максимальной массы или одновременного производства двух слитков меньшей массы. В целях повышения эффективности выполнения переплава в однопостовых печах ЭШП их оснащают соленоидами, которые снижают расход электроэнергии на 17 -20 % при одновременном повышении скорости плавки.
Рис. 5.4.5. Печь ЭШП-20ВГ:
1 - колонна, 2 - электрододержатель; 3 - телескопическая лестница; 4 - кристаллизатор, 5 - тележка поддона, 6 - поддон; 7 - опорная рама печи; 8 - каретка; 9 - электрод; 10 - инвентарная головка;
11 - рукав электрододержателя; 12 - каретка; 13 - привод каретки, 14 - трос противовеса; 75 - рама-площадка
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕЧЕЙ
247
На стадии производства конечного изделия расходы, связанные с горячей деформацией, термической и механической обработками металла, могут быть существенно снижены при одновременном увеличении сквозного выхода годного металла в результате получения в печах ЭШП отливок, близких по форме к конечному изделию. С этой целью разработана серия специализированных промышленных печей для получения отливок методом ЭШЛ (индекс Л) массой 0,25 - 80 т (табл. 5.4.3).
Практически все вилы электрошлаковой технологии могут быть реализованы с использованием печей ЭШП (табл. 5.4.4) при доукомплектовании их соответствующей те. поло гической оснасткой.
Требования безопасности к печам ЭШП и методы их испытаний для определения основных параметров устанавливаются ГОСТ 12.2.007.9.8-89 (МЭК 519-8-85) и ГОСТ 27209.1-89 (МЭК 779-83).
5.4.3. Основные параметры серийных печей ЭШП для фасонного литья
Параметр	ЭШП-0.125ВГЛ*	ЭШП-0.5Л	ЭШП-1.25Л	ЭШП-2.5Л	ЭШП-5Л	ЭШП-80Л*
Мощность источника питания. кВ • А	360 1	630 1	1000	2500	5000	2 х 5000
Максимальный ток. А	6000	10 000	14 000	28 000	50 000	100 000
Максимальная масса отливки, кг	125	500	1250	4500	7000	80 000
Максимальная высота отливки, мм	700	700	1000	1200	1375	4000
* Проект.
5.4.4. Дополнительное технологическое оборудование, необходимое для реализации в печах ЭШП различных видов ЭШТ
Вид ЭШТ	Дополнительное технологическое оборудование
ЭШЛ	Разъемные сложнопрофильные водоохлаждаемые кристаллизаторы и механизмы для перемещения литейной оснастки*1.
ЭШПО и ЭШПС	Нерасходуемый электрод, бункеры с дозаторами, устройство для резки слитков*2, дополнительный электроконтактный узел и устройство для скачивания шлака
эшн	Механизм для перемещения базовой заготовки и литейная оснастка
эшпд I	। |	Компрессионная камера, электрододержатель и система напуска азота i
Плавка флюса	Нерасходуемый электрод и тегель-ковш с графитовой (угольной) футеровкой
*1 Для сложных заготовок.
*2 Для непрерывного процесса.
248
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
5.4.3.	ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
В конструкцию печи ЭШП входят следующие основные узлы: колонна, механизмы перемещения электрода и кристаллизатора, кристаллизатор, поддон, тележка поддона, электрододержатель и токоподвод (короткая сеть). К основному комплектующему оборудованию и системам энергообеспечения печи относятся источник питания, система автоматического управления и контроля (САУ), высоковольтное оборудование, системы водоснабжения и газоочистки.
Колонна является основной несущей конструкцией печи, изготовляемой из стандартных стальных труб или свариваемой из сортового проката и листовой стали. На наружной поверхности колонны находятся направляющие для перемещения кареток электрода и кристаллизатора. Внутри колонны размещаются противовесы кареток.
Механизмы перемещения электрода и кристаллизатора предназначены для обеспечения их движения вдоль колонны с заданной рабочей скоростью (0,02 - 5,0 м/ч) в процессе переплава и маршевой скоростью (60 -120 м/ч) при выполнении на печи межплавоч-ных операций. Эти механизмы состоят из кареток, перемещаемых на регулируемых опорных роликах по направляющим колонны, а также привода и противовеса. Наибольшее распространение на печах ЭШП получили электромеханические приводы на базе дифференциального редуктора с двигателями постоянного (для обеспечения рабочих скоростей перемещения) и переменного тока (для маршевых перемещений), а также приводы с одним двигателем постоянного тока с тиристорным управлением, обеспечивающим оба диапазона скоростей. Связь между приводом и кареткой может осуществляться с помощью реечной [8, 11, 16], винтовой, тросовой или цепной передачи.
Кристаллизаторы и поддоны являются основными технологическими узлами печей ЭШП, образующими рабочее пространство, в котором осуществляются процессы расплавления флюса, плавления расходуемого электрода и формирования слитка. Рабочие элементы кристаллизаторов и поддонов выполняют из меди или хромистой бронзы, их снабжают водяным охлаждением, благодаря чему обеспечивается высокая стойкость рабочих элементов в условиях действия значительных электрических и тепловых нагрузок. Эти элементы размещены в каркасе или кожухе из маломагнитной стали, которые придают механическую прочность конструкции.
Кристаллизаторы и поддоны могут иметь рубашечное, щелевое или кокильное охлаждение. В первом случае охлаждающая вода поступает в полости между рабочим элементом и
каркасом (кожухом); во втором случае - в щели, выфрезерованные на поверхности каркаса, примыкающей к рабочему элементу; в третьем - в каналы, высверленные в рабочем элементе.
Рабочие элементы и каркасы кристаллизаторов и поддонов могут быть монолитными или сборными, состоящими из нескольких частей (например, из нескольких панелей).
По принципам работы и формирования слитка кристаллизаторы подразделяются на следующие типы:
стационарные ("глухие"), неподвижные в процессе переплава;
подвижные (скользящие), перемещаемые относительно наплавляемого слитка;
комбинированные, имеющие неподвижны и подвижные элементы.
Стационарные и подвижные кристаллизаторы прямоугольного сечения для обеспечения большей жесткости конструкции часто выполняют из панелей с канальным охлаждением (рис. 5.4.6).
Кристаллизаторы для получения полых слитков снабжены дополнительным кристаллизатором (дорном), перемещаемым в процессе плавки вместе с наружным кристаллизатором (рис. 5.4.7) или внутри стационарного кристаллизатора.
Поддон служит основанием (днищем) кристаллизатора, на котором размещается затравка, наводится шлаковая ванна и начинается наплавление и формирование слитка. Наибольшее распространение получили поддоны полостного (тарельчатого), щелевого и канального типов (рис. 5.4.8).
Рис. 5.4.6. Схемы панельных кристаллизаторов для листовых (а) и кузнечных (б) слитков: 7 - каркас; 2 - рабочая плита;
5 - каналы для охлаждающей воды
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
249
Рис. 5.4.7. Перемещаемые кристаллизаторы для получения полых слитков. Внутренние кристаллизаторы закреплены:
а - вне зоны шлака; б - в зоне шлака;
1 - подвижный наружный кристаллизатор;
2 - внутренний кристаллизатор (дорн)
Тележка поддона предназначена для выкатывания из-под печи по рельсам наплавленного слитка. Как правило, она оборудуется электромеханическим приводом с дистанционным управлением и кареткой-суппортом для центрирования установленного на поддоне кристаллизатора относительно электрода.
Электрододержатель служит для закрепления на подвижной каретке одного или нескольких электродов и подвода к ним электропитания. Несмотря на разнообразие конструктивного исполнения, электроды можно подразделить на две большие труппы.
К первой группе относятся элек-трододержатели, в которых механическое удержание расходуемых электродов и электрический контакт обеспечиваются благодаря силам трения между электродом и элементами водоохлаждаемого электрододержателя под действием механизмов различного исполнения: винтовых, клиновых, пружинно-винтовых, пружинно-пневматических, пружинно-гидравлических, электромеханических и др.
Ко второй группе относятся электрододержатели, в которых контактное давление создается весом электрода, непосредственно опирающегося на токоподводящие контактные поверхности элетрододержателя. Для лучшего электрического контакта и центрирования электрода они выполняются конической формы.
•)
Рис. 5.4.8. Поддоны тарельчатого (а), щелевого (б) и канального (в) типов:
7 - рабочая плита; 2 - корпус;
3 - уплотнительное кольцо; 4 - подводящий патрубок; 5 - напорный коллектор; 6 - сливной коллектор;
7и 9 - сливные патрубки; 8 - подводящая воронка;
10 - каналы охлаждения; 77 - затравка;
72 - паз для заливки жидкого флюса
Токоподвод к расходуемым электродам осуществляется посредством медных шин, собранных в пакеты, гирлянд, водоохлаждаемых гибких кабелей типа КВС (в отдельных случаях для печей малой вместимости используют гирлянды неохлаждаемых голых кабелей типа МГЭ) и водоохлаждаемых медных трубок.
Источники электропитания печей ЭШП -в основном специальные печные трансформаторы, которые, исходя из технологических требований, имеют следующие особенности:
широкий диапазон изменения вторичного напряжения;
250
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
большое число рабочих ступеней напряжения, переключаемых под нагрузкой;
выведена средняя точка вторичной обмотки.
Основные параметры трансформаторов ПО "Электрозавод", г. Москва приведены в табл. 5.4.5.
Для питания установки ЭШП малой вместимости НПО "Сарэлектротерм", г. Саранск, разработан трансформатор ОЭСЗ-250/50 мощностью 250 кВ • А.
Техническая характеристика трансформатора ОЭСЗ-250/50
Мощность, кВ • А................. 250	- 125
Параметры обмотки ВН: напряжение, В............... 380
сила тока, А.................. 658	- 329
Параметры обмотки НН: напряжение, В..................... 50	- 25
(100 - 50)* сила тока, А................ 5000	(2500)*
Габаритные размеры	850 х 730 х
(длина х ширина х высота), мм х 1160
* Последовательное соединение обмоток НН.
Для обеспечения высоких значений коэффициента мощности и симметричной нагрузки фаз сети питание крупных печей ЭШП можно осуществлять от низкочастотных тиристорных преобразователей, например, от агрегата ТВР9-25000/75Т-2УХЛ4, выпускаемого ПО "Преобразователь", г. Запорожье, Украина. Номинальная мощность агрегата 1875 кВ - А, сила тока 25 кА, диапазон изменения напряжения 0 - 75 В, диапазон ступенчатого регулирования частоты 0,5 - 9,4 Гц.
Системы автоматического управления (САУ). Несмотря на разнообразие типов технологических автоматических регуляторов, применяемых на печах ЭШП, в большинстве из них реализован принцип двухканального регулирования [1, 15]. Наиболее распростра-
ненным на действующих отечественных печах является автоматический тиристорный регулятор типа АРШМТ. Управление процессом ЭШП с помощью регулятора АРШМТ базируется на поддержании во времени или по координате заданной программы изменения силы тока электрода или активного сопротивления шлаковой ванны посредством привода перемещения электрода и одновременного изменения напряжения источника питания в функции скорости сплавления электрода.
Функциональная схема регулятора АРШМТ приведена на рис. 5.4.9. Каждый канал АРШМТ имеет вход от программирующего устройства. В первом канале входной канал от быстродейстующих датчиков тока БДТ или активного сопротивления БДЛС сравнивается с напряжением задания U3 и их разность подается на тиристорный преобразователь ТП, управляющий двигателем привода электрода ДЭ. Предусмотрена обратная связь по скорости двигателя через тахогенератор ТГ.
Второй канал работает от импульсных датчиков перемещения электрода ПКА типа БХВ-24 или ПДФ-5. Импульсы суммируются счетчиками СИ и затем в блоке БПКН преобразуются в напряжение, сравниваемое с заданным (/,. Разность напряжений передается последовательно через блок БВНП, блоки чувствительных элементов БЧЭ1 - БЧЭЗ и реле управления РУ на переключатель ступеней напряжения ПСН.
САУ на базе микропроцессорных средств. Исходя из требований повышения качества металла и уровня информативности о ходе процесса, а также из обеспечения возможности применения адаптируемых моделей и группового управления печами в составе цеха, на печах ЭШП применяют САУ на базе микропроцессорных средств [1]. К ним относится, в частности, комплекс блоков автоматического управления КБАУ-10И1, разработанный и изготовляемый АО ВНИИЭТО, предназначенный для управления процессом в одноэлектродных и бифилярных печах ЭШП.
Рис. 5.4.9. Функциональная схема автоматического регулятора типа АРШМТ
5.4.5. Технические характеристики однофазных трансформаторов, применяемых для электропитания печей ЭШП
Модель трансформатора	Мощность, кВ • А	Номинальные напряжения, В		Габаритные размеры (длина х ширина * высота), мм
		ВН	НН	
ЭОМНШМ- 1600/10-УХЛ4	630 - 278 630 - 283	6000 10 000	80 - 28,5 80 - 28,9	3030 х 1760 х 3530
ЭОДЦНШМ-2500/Ю-УХЛ4	1000 - 545 1000 - 551	6000 10 000	105 - 37,8 105 - 38,4	3270 х 1550 х 3730
ЭОДЦНШМ-4000/Ю-УХЛ4	1600 - 680 1600 - 733	6000 10 000	116 - 32,4 116 - 34,9	3360 х 2400 х 3850
ЭОДЦНШМ-4800/Ю-УХЛ4	2500 - 1217 2500 - 1418	6000 10 000	122,4 - 43,5 122,4 - 51,7	
ЭОДЦНШ-6300/Ю-77УЗ	3200 - 1555 3200 - 1815	6000 10 000	122,4 - 43,5 122,4 - 51,7	3700 х 2400 х 3850
ЭОЦНШ-12500/Ю-74УЗ	5000 - 2450 5000 - 2470	6000 10 000	160 - 41,2 160 - 41,6	4250 х 3000 х 4000
ЭОЦНШ-16000/Ю-УХЛ4	7200 - 2470	10 000	160 - 41,6	
Примечания. 1. В трансформаторах всех типов предусмотрены 90 рабочих ступеней напряжения.
2. Условные обозначения: ВН - высокое (первичное) напряжение; НН - низкое (вторичное) напряжение.
ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИИ
252
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
Комплекс включает микропроцессорный шкаф управления с микроЭВМ, шкаф управления электроприводами и телеграфный аппарат. Он также имеет два канала регулирования - электрического сопротивления с помощью управления перемещением электрода и скорости переплава расходуемого электрода переключением ступеней напряжения печного трансформатора. Расчет скорости переплава осуществляется с помощью сигналов, поступающих с датчиков электрода массы либо его перемещения. Перемещение подвижного кристаллизатора осуществляется по сигналу, поступающему от датчика уровня металлической ванны слитка. В процессе плавки осуществляется управление дозатором для ввода легирующих и раскислителей.
Кроме управления технологическим процессом комплекс осуществляет автоматическое начало и окончание плавки, контроль аварийных ситуаций и самоконтроль точности регулирования заданных технологических параметров. В течение плавки через заданный интервал времени печатающим устройством выдается распечатка строки карты плавки. По окончании процесса выполняется расчет и распечатка строки интегральных показателей, накопленных в течение плавки.
Высоковольтное оборудование предназначено для подключения печного трансформатора к сети энергоснабжения, оперативного и аварийного отключений печи и измерении электрических параметров на стороне высокого напряжения. В его состав входят разъединитель, масляный выключатель и измерительные трансформаторы тока и напряжения.
Система водоохлаждения предназначена для подачи воды в водоохлаждаемые полости кристаллизатора, поддона, электрододержателя и токоведущих кабелей. Печь ЭШП оборудована коллекторами, на которых смонтирована аппаратура контроля расхода, давления и температуры воды. Так как с охлаждающей водой отводится практически вся энергия, потребляемая печью в процессе переплава, для специализированных цехов и участков ЭШП перспективны замкнутые системы водоснабжения печей [9].
Система газоотсоса предназначена для улавливания и удаления из кристаллизатора выделяющихся газов и пыли, их очистки и выброса в атмосферу. В конструкцию печи входит только коробка газоотсоса, устанавливаемая на верхнем фланце кристаллизатора. Выходной патрубок коробки газоотсоса соединяется с трубопроводом системы газоочистки. Мощность газоотсосов на печах ЭШП принимают равной 1000 - 3000 м3/ч на 1 т металла или 20 - 60 м3/ч на 1кг шлака [2].
Дозатор используют для подачи в зону плавки флюса, а также раскислителей и легирующих веществ.
Конструкции дозаторов, применяемых на печах ЭШП, приведены в работе [8].
5.4.4. РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Упрощенные методы расчета основных параметров печей ЭШП базируются на сообщении практических данных и применении ряда аналитических формул [4, 5, 12].
Расчет электрических параметров. Исходными данными для этого расчета являются химический состав переплавляемой стали, а также размеры электрода и слитка. В соответствии с ними определяют химический состав и количество шлака, обеспечивающие требуемую степень рафинирования металла и стабильный бездуговой процесс.
Алгоритм расчета. 1. На основании исходных данных рассчитывают геометрические размеры шлаковой ванны., принимая (с учетом практического опыта) h = 0,2 - 0.5/7 (рис. 5.4.10).
2. Исходя из допустимой для заданного химического состава металла и типоразмера слитка скорости расплавления рассчитывают полезную мощность Рпол:
^пол ~ ^1см(А1ер " (эл) (5.4.1)
где G - скорость плавки, кг/с: см - средняя удельная теплоемкость металла в интервале температур /пер - Гэл, Дж/(кг • °C); /пер = Гпл + + 50 °C - температура перегрева металла над точкой плавления на электроде, °C; /Пл - температура разогрева электрода под действием проходящего по нему тока; q - скрытая теплота плавления металла, Дж/кг.
Рис. 5.4.10. Основные геометрические параметры шлаковой ванны: схемы а - одноэлектродная; б - бифилярная. в - трехфазная
РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
253
3. Определяют мощность Рщл» выделяемую в шлаковой ванне, по формуле
5. Находят значение рабочего тока:
Рэл-100% иы
(5.4.2)
(5.4.6)
где т] - тепловой КПД шлаковой ванны, %.
Значения теплового КПД для установившегося процесса плавки и двух наиболее распространенных марок флюса приведены в табл. 5.4.6. Величину Рэл принимают равной Рпол-
Большие значения КПД соответствуют печам с высоким коэффициентом заполнения кристаллизатора и меньшим высоте слоя шлака и расстоянию между электродами.
4. Рассчитывают электрическое сопротивление шлаковой ванны с помощью следующих эмпирических формул:
для одноэлектродных печей (см. рис. 5.4.10, а):
6. Рассчитывают вторичное напряжение t4p2 трансформатора:
^тр2 ~ ^(Втп + /?к с) + Xк с , (5.4.7)
где и Хк.с - соответственно активное и индуктивное сопротивления короткой сети, рассчитываемые по известным формулам, приведенным в работах [5, 16].
Расчет теплового баланса шлаковой ванны. В установившемся режиме переплава мощность
Ртл — I ^шл	(5.4.8)
отводится через граничные поверхности шлаковой ванны в соответствии с уравнением
Апл
~ Ршл (^шл )
ъ
(5.4.3)
для бифилярных двухэлектродных печей (см. рис. 5.4.10, б):
Апл
Ршл (^шл) Г С B + b \H-h,
(5.4.4)
Апл Азл + Рщзл + Per + Асл- (5.4.9)
Мощность, воспринимаемая электродом, Рэл расходуется на нагрев и плавление, а также на потери излучением и конвекцией с его боковой поверхности. Учитывая, что эти потери компенсируются излучением со шлаковой ванны на электрод, можно принять, что Рэл « /’пол и рассчитывать Рэл по формуле (5.4.1).
Тепловые потери излучением с зеркала шлаковой ванны Ризл рассчитывают по формуле
для трехфазных трехэлектродных печей (см. рис. 5.4.10, в):
р
7 изл
“ £шла0
Апл
Wpjujj (/щд)е°’65Л/.О /
------------------------1^2,65 - 6.4—J
г т I4 7 з
100
F 1 иэл >
(5.4.10)
X
(5.4.5)
где « 0,8 -г 0,85 - степень черноты шлака; qq = 5,67 • 10‘8 Вт/(м2 • К4); Т3 - средняя температура зеркала (открытой поверхности) шлаковой ванны, К; Рпгл - площадь поверхности излучения, м2.
5.4.6. Значения тепловых КПД шлаковой ванны для флюсов АНФ-6 и АНФ-1П
Электрическая схема печи	Марка флюса	Тепловой КПД, %
Одноэлектродная	АНФ-6 АНФ-1П	20 - 30 16 - 24
Бифилярная	АНФ-6 АНФ-1П	25 - 40 20 - 32
Трехфазная	АНФ-6 АНФ-1П	30 - 40 24 - 32
254
Глава 5.4. ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА
Тепловые потери, отводимые через поверхность шлаковой ванны, соприкасающуюся с кристаллизатором, Рст рассчитывают по формуле
Рст ~ аконв(*я " 41л.шл)-^ст» (5.4.11)
где оЦсонв  коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м2 • °C); /я - задаваемая температура ядра шлаковой ванны, °C; /пл.шл ~ температура плавления шлака, °C;	- площадь боковой
поверхности стенки в зоне шлаковой ванны, м2.
Коэффициент теплоотдачи определяется тепловым сопротивлением пограничного слоя и может быть рассчитан по методике С. С. Кутателадзе [2, 4].
Мощность, отводимая от шлаковой ванны к металлической определяют аналогично:
Рсл = аконв((я ~	(5.4.12)
где - температура зеркала металла в ванне, °C.
Расчет параметров водоохлаждення кристаллизатора заданной конструкции включает три этапа:
расчет расхода воды, необходимого для отвода мощности тепловых потерь шлаковой ванны и слитка через стенку кристаллизатора;
определение гидравлических потерь давления воды в кристаллизаторе;
проверку параметров охлаждения кристаллизатора на снятие максимальных тепловых нагрузок.
Расчет расхода воды выполняют по формуле
-----------------С, (5.4.13) свРв (^вых ^вх )
где 6В - расход воды, м/ ч; К\ - коэффициент, учитывающий долю мощности Рщд, отводимой с охлаждающей водой (К{ = 0,7 -г- 0,9); Св - средняя теплоемкость воды в интервале температур /^ - tm, Дж/кг • °C; рв - средняя плотность воды в интервале температур /вых ~ /вх, кг/м3; /вых и *вх ‘ температура воды соответственно на выходе и входе в кристаллизатор, °C. С целью предотвращения выпадения солей жесткости /WMV не должна превышать 45 - 50 °C.
Расчет гидравлических потерь в кристаллизаторе ркР выполняют по формуле [15]
где и - число последовательных участков охлаждения; X/ - коэффициент гидравлического
трения ьго участка кристаллизатора; - длина ьго участка; Rj - гидравлический радиус ьго участка, равный отношению площади сечения к смоченному периметру канала охлаждения;
- суммарный коэффициент местного сопротивления ьго участка; V/ - скорость движения
6В
воды на ьом участке; V/ = ——; g = 9,8 м/с2 -РвЛ
ускорение свободного падения; (7В - расход воды; Ft - площадь поперечного сечения потока воды в ьом участке.
Давление охлаждающей воды на входе в кристаллизатор должно быть не ниже значения:
Рвх. = Рат + ^кр» (5.4.15) где рлг - атмосферное давление.
Значения коэффициентов гидравлического сопротивления 1 и £ для трубопроводов различной геометрии приведены в работе [13].
Проверку водоохлаждения кристаллизаторов на снятие максимальных тепловых потоков проводят по условию
<7тах < <7кр /»	(5.4.16)
где - максимальные тепловые нагрузки на стенке кристаллизатора;
9max=‘^AL. (5.4.17)
Рет
Кг - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения теплового потока на боковой поверхности шлаковой ванны, равный для рубашечных кристаллизаторов /, 3; <?кр i ~ значение критического потока на ьом участке кристаллизатора, характеризующее переход пузырькового кипения в пленочное. Значение </кр , определяют по графику, приведенному на рис. 5.4.11 [5, 12].
И, м/с
Рис. 5.4.11. Зависимость критического теплового потока от скорости течения воды при различном недогреве воды до температуры кипения (цифры у кривых)
СЫРЬЕВАЯ БАЗА АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
255
При несоблюдении условия (5.4.16) необходимо соответствующее увеличение расхода воды.
Механические и прочностные расчеты. Расчеты механизмов перемещения электродов и вытягивания слитка, зажима электрода в электрододержателе, а также прочностные расчеты рабочей стенки кристаллизатора и поддона приведены в работах [5, 11].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Автоматическое управление электротермическими установками: Учебник для ВУЗов / Под ред. А. Д. Свенчанского. М.: Энергоатомиздат, 1990, 416 с.
2.	Артамонов В. Л. К вопросу о выделении дыма и газов при электрошлаковом переплаве // Проблемы специальной электрометаллургии, 1980. № 13. С. 36 - 40.
3.	Власов М. И., Волохонский Л. А, Никулин А. А, Черняк А И. Серия электрошла-ковых печей // Электрошлаковая технология / Под ред. Б. Е. Патона. Киев: Наукова думка, 1983. С. 202 - 204.
4.	Волохонский Л. А, Ефремов В. И., Никулин А. А. Электрические и тепловые процессы в электрошлаковых печах // Электротехника, 1979. № 8. С. 23 - 25.
5.	Егоров А. В. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии: Учеб, пособие для ВУЗов. М.: Металлургия, 1990. 280 с.
6.	Латаш Ю. В., Матях В. Н. Современные способы производства слитков особо высокого качества / Под ред. Б. Е. Патона, Б. И. Медовара. Киев: Наукова думка, 1987. 336 с.
7.	Электрошлаковая технология в машиностроении / Б. И. Медовар, В. Я. Саенко, И. Д. Нагаеве кий, А. Д. Чепурной. Под ред. Б. Е. Патона. Киев: Техника, 1984. 215 с.
8.	Электрошлаковые печи / Б. И. Медовар, Л. М. Ступак, Г. А. Бойко. Под ред. Б. Е. Патона. Киев: Наукова думка, 1978. 416 с.
9.	Никулин А. А., Кауфман В. Г., Шурыгин М. К. К вопросу водоохлаждения печей электрошлакового переплава / Электротехническая промышленность. Сер. Электротермия, 1984. Вып. 4(254). С. 9 - 10.
10.	Патон Б. Е., Медовар Б. И., Бойко Г. А Элекгрошлаковое литье. Киев: Наукова думка, 1981. 192 с.
11.	Сапко А И. Монтаж, наладка и ремонт механического оборудования электротермических установок. М.: Энергоатомиздат, 1990. 318 с.
12.	Тепловые процессы при электрошлаковом переплаве / Под ред. Б. И. Медовара. Киев: Наукова думка, 1978. 304 с.
13.	Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под общ. ред. В. А. Григорьева и В. М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.
14.	Цыкуленко К. А Электрошлаковый переплав под давлением сталей со сверхравновесным содержанием азота // Проблемы специальной электрометаллургии, 1990. № 2. С. 42 - 48.
15.	Электрооборудование и автоматика электротермических установок: Справочник / Под ред. А. П. Алытаузена, М. Д. Бершицко-го, М. Я. Смелянского, В. М. Эдемского . М.: Энергия, 1978. 304 с.
16.	Электротермическое оборудование: Справочник. 2-е изд. / Под ред. А. П. Альт-гаузена. М.: Энергия, 1980. 416 с.
17.	Application of electioslag technology for the production of shaped castings and composite billets / A. Z. Andreev, L. A. Volokhonsky, M. A. Kisselman et cet. // Proceedings of the 11-th International Congress on Electroneat. Oct. 3-7, 1988. Malaga. Spain. Rep. № A65. P. 1 - 10.
Глава 5.5
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
5.5.1.	СЫРЬЕВАЯ БАЗА АЛЮМИНИЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Алюминий производят электролизом из глинозема (диоксида алюминия) в расплаве фтористых солей. Сырьем для производства глинозема являются оксиды, двойные основные сульфаты и силикаты алюминия. Важнейшие из сырьевых материалов для получения глинозема - бокситы и нефелины.
Бокситы - горная порода, состоящая из гидрооксидов алюминия, окислов железа, кремния, титана, ванадия, хрома, галлия и других минералов. Основными алюминийсодержащими минералами бокситов являются корунд (AI2O3), диаспор и бемит (AI2O3 • Н2О), гибсит (гидраргилит, AI2O3 • ЗН2О). Содержание AI2O3 в бокситах 40 - 50 %. На технологические показатели бокситов влияет содержание в них кремнезема, серы, карбонатов и органических соединений.
Показатели качества бокситов - кремневый модуль (Л/Кр), определяемый как отношение процентных содержаний массовых долей AI2O3 и SiC>2, а также минералогические формы бокситов. Чем выше Л/Кр, тем выше качество боксита. Производство глинозема возможно из низкосортных бокситов и нефелиносодержащих пород.
Нефелин (Na, КИО • AI2O3 • 2SiO2 встречается вместе с аппатитом, который отделяют обогащением и используют для производства удобрений, а хвосты в виде нефелинового
256
Глава 5,5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
концентрата - для производства глинозема. Примерный состав нефелинового концентрата следующий, %: AI2O3 - 30; (NaiO + К2О) - 20; S1O2 - 44. При производстве глинозема из нефелинов одновременно получают цемент, соду и поташ.
5.5.2.	ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ БАЙЕРА
Сущность способа Байера (рис. 5.5.1). Этот способ основан на изменении растворимости оксида алюминия в растворе едкой щелочи в зависимости от концентрации щелочи, а также температуры раствора и применим к бокситам с А/кр > 7, содержащим оксид алюминия в свободной форме при ограниченном содержании растворимого в щелочи кремнезема.
| боксит \
Известь | J I Каустик
Мокрый размол
Выщелачивание
I Г"
Разбавление
ч Контрольная фильтрация
♦
| Сгущение | J __	2
Противоточная промывка
i [ • "	»
Выкручивание	Красный \Промвода\
1	шлам	1——г-----1
।—I------- В отвал 1------------
В отвал
| Сгущение |
1

j Промывка и фильтрация |
г *	।----1
Выпарка -----1Пар
t______________
j Выделение соды |
_£______г
Маточный раствор
| Сода | Растворение
1____
Гидрат ALftWj
Кальцинация ________i___ Глинозем Al 2 Оз
Каустификация
___f ~
Маточный раствор
Шлам в отвал
Рис. 5.5.1. Схема производства глинозема из бокситов способом Байера:
1 - нижний слив; 2 - верхний слив
Переработка бокситов. Боксит, поступающий с рудника в виде кусков крупностью менее 300 мм, дробят в конусных (или молотковых) дробилках, а затем измельчают в шаровых мельницах до крупности менее 0,06 мм. Размол осуществляют в жидкой среде оборотных щелочных растворов с добавлением свежей щелочи и извести. Минералы оксида алюминия реагируют с растворами щелочи, образуя растворимый алюминат натрия:
2NaOH + А12О3 = 2NaAlO2 + Н2О.
Скорость выщелачивания (рис. 5.5.2) зависит от концентрации щелочи, температуры, степени помола и минералогического состава боксита. При выщелачивании гидраргиллитовых бокситов концентрация щелочи составляет 200 г/л при температуре 105 °C.
Автоклав. Нагрев растворов под давлением до температуры 160 °C и более может быть осуществлен только в автоклавах (рис. 5.5.3). Автоклав - толстостенный стальной сосуд, в котором нагрев проводят паром. Вместимость автоклавов 25, 50 и 80 м3. В автоклаве может быть предусмотрено перемешивающее устройство. С целью снижения потерь теплоты наружную поверхность автоклава теплоизолируют.
Автоклавы соединяют последовательно в батареи. Число автоклавов в батарее зависит от времени выдержки пульпы при выщелачивании, что определяется минералогическим составом бокситов. В зависимости от состава бокситов температура выщелачивания составляет 105 - 340 °C при давлении 0,1-4 МПа. Время выдержки пульпы в автоклавах составляет 1,5 - 2,5 ч.
Сепаратор. Вареная пульпа, состоящая из раствора алюмината натрия и нерастворимого осадка красно-бурого оксида железа (красный шлам), направляется в сепараторы.
Баки. Горячая автоклавная пульпа разбавляется в баках промывными водами и направляется для отстаивания в сгустители. Для ускорения осаждения шлама добавляются коагулянты (мука, крахмал или синтетические коагулянты). После отстаивания и слива раствора красный шлам промывается горячей водой для удаления остатков раствора, содержащего алюминат натрия и щелочь.
Сгустители и промыватели. Сгущение и промывку пульпы осуществляют в многокамерных или однокамерных сгустителях и про-мывателях - одно- или многоярусных чанах с перемешивающими устройствами гребкового типа. Размеры чанов, м: диаметр многокамерных 14 - 16 и однокамерных 32 - 40; высота 3,5 - 10.
ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ БАЙЕРА
257
Рис. 5.5.2. Схема автоклавного выщелачивания бокситов:
1 и 10 - мешалки соответственно приемная и используемая при разбавлении; 2 - поршневой насос;
3 - трубчатые подогреватели; 4 - регулирующая заслонка; 5 - автоклавы;
би 7- сепараторы соответственно первой и второй ступени; 8- конденсационный подогреватель; 9 - бак
Рис. 5.5.3. Автоклав:
1 - цилиндрический сосуд; 2 - лапы; 3 - сопло;
4 - разгрузочная труба; 5 - загрузочная труба;
6 - ремонтный люк
Фильтрация шлама. Сгущенный красный шлам после промывки направляют на шламовое поле, а осветленный продукт, содержащий алюминат натрия - на контрольную фильтрацию от взвешенных частиц красного шлама на филыпр-прессы или листовые прессы через бумажную массу, нанесенную на металлическую сетку. Типы используемых фильтров - "Келли" или ЛВАНЖ-125.
Разложение раствора. Профильтрованный раствор подают на разложение (выкручивание или декомпозицию), для чего алюминатный раствор необходимо разбавить (снизить концентрацию щелочи) и охладить. При этом происходит следующая реакция:
2NaAlO2 + 4Н2О = 2А1(ОН)3 + 2NaOH.
Быстрому осаждению способствуют перемешивание раствора и введение в виде затравки крупных частиц гидрата, полученного фильтрацией разложенного раствора.
Разложение алюминатного раствора проводят не полностью, а на 50 - 52 %, при этом в растворе повышается содержание каустической щелочи. Время разложения раствора 50 - 70 ч.
Для разложения алюминатных растворов применяют декомпозеры - механические или пневматические перемешивающие устройства, представляющие собой металлические чаны, диаметром 7 - 10 и высотой 25 - 30 м с коническим днищем.
Вместимость декомпозеров от 1000 -3000 м3 раствора и более. Процесс декомпозиции осуществляется непрерывно. Декомпозеры соединяют последовательно в технологическую
9 Зак 108
258
Глава 5.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
нитку, а растворы передают с помощью аэролифта или перетоком по желобам.
Переработка гидрооксида алюминия. Полученный гидрооксид алюминия сгущают в сгустителях, отфильтровывают на вакуум-филыпрах (барабанных или дисковых), промывают от щелочи горячей водой и снова отфильтровывают. Промытый гидрат прокаливают (кальцинируют) во вращающихся печах или печах кипящего слоя (КС) при t = 1200 °C для удаления воды и получения глинозема (кальцинация):
2А1(ОН)з -► А12О3 + ЗН2О.
Трубчатая вращающаяся печь для кальцинации глинозема имеет диаметр 3,6 - 4,5 и длину 50 - 110 м. Внутри печь футерована шамотным кирпичом. Печь установлена на роликах с уклоном 3 % и вращается с частотой 1-2 мин-1 (рис. 5.5.4, 5.5.5). Печь обогревает-ся газом или мазутом.
Охлаждение и транспортирование глинозема. Горячий глинозем из печи попадает в холодильник - вращающийся цилиндр охлаждаемый водой. На некоторых заводах печи кальцинации оборудованы холодильниками кипящего слоя.
После охлаждения глинозем пневмотранспортом перекачивают в силосы для отправки на алюминиевые заводы. Перевозят глинозем в специальных цистернах или ваго-нах-хоперах.
Рис. 5.5.4. Схема кальцинации:
1 - бункер; 2 - смесительный шнек; 3 - печь; 4 - холодильник; 5 - камерный насос;
6 - мультициклоны; 7 - электрофильтры
Рис. 5.5.5. Печь кальцинации:
1 - барабан печи; 2 - венцовая шестерня; 3 - бандаж; 4 - загрузочная головка; 5 - опорный ролик;
6 - фундамент; 7- топливная головка
На производство 1 т глинозема способом Байера расходуют, т: бокситов 2,3 - 2,6; каустика 0,07 - 0,11; топлива 0,15 - 0,2, а также пара 7,5 - 15,5 ГДж (в зависимости от боксита и тепловой схемы) и электроэнергии 320 -370 кВт • ч.
5.5.3.	ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ СПЕКАНИЯ
Сущность способа спекания (рис. 5.5.6). Переработку алюминийсодержащего сырья с большим содержанием кремнезема (бокситы с кремневым модулем Л/кр < 7, нефелины) осуществляют способом спекания, при этом руду после крупного и среднего дроблений тонко измельчают и смешивают с предварительно измельченным известняком и кальцинированной содой (Na2CO2). Размол проводят на растворе соды. Сырьевую мокрую смесь (шихту) подают на спекание (обжиг) в трубчатые вращающиеся печи. Дозы известняка и соды рассчитывают таким образом, чтобы получить при спекании двукальциевый силикат (2СаО • SiO2) и алюминат натрия (Na2O • А12О2). Во время спекания при температуре 1150 - 1300 °C кремнезем (SiO2) взаимодействует с оксидом кальция (СаО), образуя нерастворимый двукальциевый силикат, а оксид алюминия - с двуоксидом натрия Na2O с образованием растворимого алюмината натрия (Na2O • А12Оз).
Процесс спекания. Продукт спекания смеси шихты глиноземсодержащей руды, известняка и соды называют спеком. Спек получают в трубчатых вращающихся печах, представляющих собой клепаный или сварной барабан, футерованный огнеупорным кирпичом диаметром 3 - 5,5 м и установленный с уклоном в 3 - 4 % от конца загрузки шихты к концу выгрузки спека (сжигания топлива). Для спекания бокситов применяют короткие печи (50 - 60 м), а для спекания нефелинов - длинные (150 - 185 м).
В качестве топлива используют, главным образом, мазут, и частично, - угольную пыль, применяют также природный газ. Мокрую шихту подают в печь двумя способами - шихту на основе боксита вводят через пульповую форсунку распылением, шихту на основе нефелинов - наливом, соответствующим питателем по наклонной течке. Шихта в виде пульпы поступает в загрузочный (холодный) конец печи и в результате ее вращения и наклона продвигается к разгрузочному (горячему) концу навстречу потоку газов от сжигания топлива, постепенно нагреваясь до температуры 1100 - 1200 °C.
Условно в печи, исходя из температуры обжигаемого материала, различают четыре зоны: сушки (испарения), декарбонации (кальцинации), спекания и высокотемпературного охлаждения.
ПРОИЗВОДСТВО ГЛИНОЗЕМА СПОСОБОМ СПЕКАНИЯ
259
| боксит \	| Сода |
Дробление Дробление
I——J	I (-------
Измельчение
| Пуль па |
Спекание
I
, OI I Газы
Очистка от /шли
ТП-..
[ Сле/Г |
Измельчение
вшщелачибание
Сгущение и промывка шлака
1
Алюминатный растбор —пг----------
Обескремнивание
Отделение промывкой белого шлама
ITT.— Красный шлам ----f—
1
белый шлам ТГ“
Обескремненный растбор
----1 ♦
Карбонизация
Сгущение и промывка
1
Маточный растбор
Кальцинация
Выпарка—
Рис. 5.5.6. Схема производства глинозема из боксита способом спекании
Выщелачивания спеха. Спек из печи поступает в холодильник, после чего его направляют на выщелачивание, после чего предварительно пропустив через систему дробления, где куски спека дробятся до крупности 5-8 мм. Выщелачивание, проводимое для перевода алюмината натрия в раствор, осуществляют горячей водой, содовым, либо слабым алюминатным раствором в диффузорах, трубчатых аппаратах, перколяционных аппаратах.
После выщелачивания из спека получают крепкий алюминатный раствор и шлам, состоящий в основном из соединений кальция, железа и кремнезема. Выщелачивание спеков, полученных из шихты на основе боксита, проводят при температуре 85 - 95 °C в течение
20 - 25 мин. Концентрация А12Оз в получаемом алюминатном растворе 240 - 280 г/л.
Выщелачивание спеков, полученных из шихты на основе нефелинов, проводят при температуре 70 °C в течение 20 мин. Концентрация AI2O3 в получаемом растворе около 100 г/л.
Удаление кремнезема. После разделения определенными приемами алюминатного раствора и шлама раствор направляют на обескремнивание; поскольку кремнезем содержит в виде растворимого натриевого алюмосиликата Na2O • AI2O3 • 2SiO2 • 2Н2О. Необходимость снижения содержания кремнезема в алюминатном растворе вытекает из предъявляемых к глинозему требований минимального количества примесей. Установлено, что алюминатный раствор, направляемый на дальнейшее выделение гидрооксида алюминия (гидрата), должен характеризоваться кремневым модулем Мкр £ 500.
В результате обескремнивания растворенный в алюминатном растворе кремнезем связывается в нерастворимые соединения и осаждается. Длительный нагрев алюминатного раствора способствует ускорению роста кристаллов натриевого алюмосиликата и выпадению их в осадок. Присутствие в растворе красного шлама и добавка извести ускоряют процесс осаждения с образованием малорастворимого алюмосиликата СаО * А12Оз * 2SiO • 2Н2О, называемого белым шламом.
В практике растворы, получаемые при переработке нефелинов с'концентрацией А12Оз до 120 - 130 г/л, обескремнивают в присутствии извести или затравки белого шлама в автоклавах при температуре 165 - 175 °C в течение 1,5 - 2 ч, а растворы, получаемые при переработке бокситов, с концентрацией А12Оз 140 - 150 г/л и выше - без добавления извести в автоклавах при температуре до 150 °C и в течение 3 ч.
АвЬюклавы, применяемые при обескремнивании, по конструкции, размерам и способам обогрева, перемешивания и разгрузки, аналогичны применяемым при выщелачивании бокситов способом Байера.
Разложение растворов. После обескремнивания раствор поступает на дальнейшую переработку (разложение) с целью получения гидроксида алюминия. Белый шлам частично идет на приготовление сырьевой шихты, а частично, в виде затравки, - на обескремнивание следующей порции алюминиевого раствора, поступающего с выщелачивания спека.
Разложение растворов примерно на 97 % при производстве глинозема способом спекания осуществляют так называемой карбонизацией (в отличие от выкручивания при способе Байера), т.е. обработкой их газами, содержащими СО2 (обычно топочные газы печей спекания).
9*
260
Глава 5.5. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
В начальный период карбонизации находящаяся в растворе свободная щелочь (NaOH) связывается углекислотой газа в соду (Na2CO3), что приводит к снижению каустического отношения раствора, и в конечном итоге, - его стойкости. Алюминат натрия начинает разлагаться с выделением А1(ОН)3 гидроксида алюминия и свободной щелочи (NaOH), которая поступающим газом превращается в соду (Na2CO3).
Прокалка гидрооксида. После разделения гидроксида алюминия и содового раствора (маточного раствора) гидроксид, пройдя операцию промывки, поступает в печи кальцинации на прокалку, а маточный раствор направляется на упаривание для получения кальцинированной соды, которая поступает затем на спекание, и оборотной каустической щелочи.
5.5.4.	ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
Особенности процесса. Единственным промышленным способом получения первичного алюминия до настоящего времени остается способ электролитического разложения глинозема - технического оксида алюминия (А12О3), растворенного в расплавленной смеси фторидов на основе криолита (Na3AlFe). Этот способ был разработан в 1886 г. независимо П. Эру (Франция) и Ч. Холлом (США) и получил название способ Эру-Холла.
Особенности электролитического способа производства алюминия:
вынужденное применение в качестве электролита, способного растворять оксид алюминя, высокоагрессивного и токсичного расплава фторидов на основе криолита в связи с тем, что оксид алюминия не проводит электрический ток и имеет температуру плавления выше 2000 °C;
достаточно высокая температура, при которой осуществляется процесс электролиза (примерно 950 - 960 °C), узкий интервал (940 - 970 °C) нормального технологического режима работы электорлизера, при отклонении от которого наблюдаются осложнения в ведении процесса;
значительный (300 °C) перегрев выделяющегося на катоде алюминия относительно температуры его плавления (около 660 °C);
более высокая плотность алюминия, по сравнению с плотностью электролита при температуре процесса, приводит к скапливанию выделяющегося металла на подине под слоем расплавленного электролита;
постоянный ток, проходящий через электролизер, не только выполняет электрохимическую работу по разложению оксида алюминия, но и обеспечивает поддержание электролита в расплавленном состоянии в результате выделения джоулева тепла, поэтому отпадает
необходимость во внешнем обогреве электролизера, хотя при этом и возрастает расход электроэнергии;
применение расходуемого анода, материал которого (углерод) принимает непосредственное участие в электрохимическом процессе;
ведение процесса при тепловом режиме, обеспечивающем образование из затвердевшего электролита бортовых гарнисажей и подовых настылей, покрывающих боковые стенки и периферию подины рабочей шахты электролизера и защищающих их от воздействия расплава, а также образование на поверхности электролита твердой "корки", изолирующей его от непосредственного контакта с воздухом;
возникновение так называемых "анодных эффектов" при обеднении электролита оксидом алюминия (содержание А12О3 1 % и ниже); в этом случае на электролизере скачкообразно возрастает рабочее напряжение в 5-10 раз и наблюдается искрение на транице раздела анод - электролит;
повышенная энергоемкость электролитического выделения алюминия ввиду его низкого электрохимического эквивалента 0,3355 г/(А • ч);
горизонтальное положение поверхности электродов затрудняет выход образующихся на аноде газов и обеспечивает достаточно низкую анодную плотность тока (до 1 А/см2), особенно на мощных электролизерах с анодами больших размеров;
небольшое отличие плотностей расплавленного алюминия и электролита влияет на состояние поверхности жидкого металла при силе тока в электролизере 100 кА и выше.
Выделение жидкого алюминия в электролизере. Суммарная электрохимическая реакция в рабочем пространстве алюминиевого электролизера может быть представлена в виде:
А12О3 + хС -► 2А1 + (3 - Х)СО2 + (2х - 3)СО.
В результате реакции на катоде выделяется в жидком виде алюминий, а на аноде -газовая смесь диоксида (СО2) и.оксида (СО) углерода, состав которой изменяется в зависимости от условий электролиза (температуры, состава электролита и др.).
Системы электролизеров. На современном этапе развития алюминиевой промышленности в мировой практике применяют две различающиеся по технологическому принципу и конструктивному решению анодного узла системы электролизеров:
электролизеры с предварительно прессованными и обожженными анодами (рис. 5.5.7);
электролизеры с непрерывными самооб-жигающимися анодами (анодами Зодерберга) (рис. 5.5.8).
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО АЛЮМИНИЯ
261
Рис. 5.5.7. Схема конструкции электролизера с предварительно обожженными анодами:
1 - катодного устройство; 2 - анодная ошиновка; 3 - механизмы перемещения анодного устройства;
4 - анодный блок; 5 - газосборное укрытие
Рис. 5.5.8. Схема конструкции электролизера с самообжигающимся анодом и верхним токопроводом:
1 и 2 - устройство соответственно катодное и анодное; 3 - горелка газосборной системы;
4 - анодная ошиновка; 5 - механизмы перемещения анодного устройства;
6 - газосборный колокол; 7 - токопроводящие штыри
Электролизеры первой системы в свою очередь подразделяют на два типа: многоанодные с периодически извлекаемыми и заменяемыми анодами,
с одним крупногабаритным, периодически наращиваемым в верхней части анодом.
Электролизеры второй системы различаются расположением токоподвода:
с боковым (горизонтальным) токоподво-дом;
с верхним (вертикальным) токоподводом.
Номенклатура изделий алюминиевых заводов. Расплавленный алюминий извлекают из электролизера вакуум-ковшом и перевозят к центральному проезду цеха, где металл пере
ливают в транспортный ковш и направляют в литейное отделение. Здесь после взвешивания алюминий подают на отстаивание перед разливкой на конвейере или сливают в миксер литейного агрегата.
На электролитическое получение 1 т первичного алюминия в среднем расходуют, кг: глинозема 1925 - 1950; анодной массы (анодов) 550 - 600; свежих фтористых солей 40 - 60, а также электроэнергии (постоянный ток) 13 - 17 тыс. кВт • ч.
Основная продукция алюминиевых заводов - крупные и мелкие чушки, плоские и цилиндрические слитки, а также выпускаемая литейными отделениями алюминиевых заво
262
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
дов на литейно-прокатном оборудовании проволочная заготовка (катанка), широкие и узкие полосы. Различные виды непереплавляемых полуфабрикатов из алюминия и его сплавов получают прессованием, волочением, штамповкой, профилированием и другими способами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Абрамов В. Я., Николаев Н. В., Стель-манов Г. Д. Физико-химические основы комплексной переработки алюминиевого сырья (щелочные способы). М.: Металлургия, 1985.
2.	Басов А. И., Ельцев Ф. П. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия. 1981.
3.	Беляев А. И. Металлургия легких металлов. М.: Металлургия, 1970.
4.	Ветюков М. Н., Цыплаков А. М., Школьников С. Н. Электрометаллургия алюминия и магния. М.: Металлургия, 1987.
5.	Металлургия и металловедение цветных металлов // Под ред. М. Е. Дриц. (К 80-летию акад. А. А. Бочвара). М.: Наука, 1982.
6.	Навроцкий А Г., Кохан Л. С. Механическое оборудование цехов по производству цветных металлов. М.: Металлургия, 1985.
7.	Основы металлургии. Т. VII. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии // Под ред. А. И. Басова, Ф. П. Ельцева, И. А. Стригина, А. В. Троицкого. М.: Металлургия, 1975.
8.	Справочник металлурга по цветным металлам: Производство алюминия / Г. Е. Вольфсон, И. П. Гунало, А. А. Костюков и др. Под ред. Ю. В. Баймакова, Я. Е. Конторовича. М.: Металлургия, 1971.
Глава 5.6
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
5.6.1.	СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
Источники получения меди - руды, продукты их обогащения (концентраты, табл. 5.6.1) и вторичное сырье. В медном производстве используют все типы руд: сульфидные, окисленные, смешенные и самородные.
Основное сырье - сульфидные руды (сплошные и вкрапленые), в настоящее время из них выплавляют 85 - 90 % всей первичной меди.
В современной практике обычно разрабатывают руды с содержанием 0,8 - 1,5 % меди. Однако, для крупных месторождений вкрапленных руд минимальное содержание меди, пригодное для разработки в современных условиях, составляет 0,4 - 0,5 %.
Удельный вес различных способов производства меди в странах СНГ примерно следующий, %: отражательная плавка 60 - 65; шахтная плавка 8 - 22; электроплавка 10 - 15; автогенные процессы 8 - 10; гидрометаллургия 0,1 - 0,2.
Технологическая схема получения меди представлена на рис. 5.6.1.
5.6.2.	ОБЖИГ В МЕХАНИЧЕСКОЙ МНОГОПОДОВОЙ ПЕЧИ
Окислительный обжиг медных концентратов проводят при температуре 750 - 900 °C, которая приводит к окислению сульфидов с преимущественным образованием оксидов. Обжиг осуществляют в механических многоподовых печах (рис. 5.6.2) с кипящим слоем (КС).
Конструкция печи и последовательность операций при обжиге. Корпус 2 печи - вертикальный сварной стальной цилиндр диаметром 6,5 м, защищенный изнутри футеровкой. На футеровку опираются сводчатые поды 1. Верхний под служит для подсушивания концентрата. В центре печи - пустотелый литой вал 8 диаметром 700 мм (есть конструкции с диаметром вала до 1700 мм), установленный на подпятнике 10, а вверху закрепленный в опоре 6. Вал приводится во вращение электродвигателем, редуктором 11 и зубчатой передачей 12. Для охлаждения пустотелого вала через него продувают воздух вентилятороц 9. На валу жестко закреплены лапы 3 и 5 с гребками, перемешивающими материал. На каждый рабочий под приходится по две лапы 3, расположенные под углом 180 °, на подсушивающий под - четыре лапы 5, смещенные друг относительно друга на 90 °. Лапа - пустотелая отливка длиной 3000 мм, по всей длине которой свободно надеты гребки. Пластины гребков имеют угол наклона к оси лапы в пределах 60 °.
5.6.1. Примерный химический состав концентратов, содержащих медь
Химический состав, % (мае. доля)
Тип концентрата	Си	РЬ	Zn	Ni	Fe	S	SiO
Медный	13,5	-	0,5	-	36,5	39,0	2,7
	36,5	1,5	1,1	-	7,1	17,0	2,5
Медно-цинковый	15,7	0,8	6,8	-	31,6	40,4	0,7
Медно-никелевый	24,7	-	-	1,8	34,9	32,6	1,7
ОБЖИГ В МЕХАНИЧЕСКОЙ МНОГОПОДОВОЙ ПЕЧИ
263
Медная руда
Обогащение
Медный концентрат
Хвосты - - В отвал
Обжие
Флюсы
Дутье
—^\Л I	В производство ДУть*
„ ,	’ ’ НЛО*	’
Плавка на штейн	Плавка на черновую медь
i-----1-----»
/азы Штейн Шлак
♦
Впроиздедапбо W Дутье
В отдал
Кварц
Шлак
Газы
На обеднение
На переработку
Конвертирование
11
Лзы	Конвертерный
| шлак
В производство I
Нх3^ I
Черновая медь
Восстановитель
Воздух
Огневое рафинирование
Алойная меЛ
Электролитическое рафинирование
f---------------------------------1
Шламы	Катодная недь
I	I
На извлечение Au, Ад, Зе, То
К потребителя)
Рве. 5.6.1. Принципиальная технологическая схема пирометаллургического получения меди из сульфидных руд. Римскими цифрами обозначены возможные варианты переработки исходного сырья на черновую медь
264
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
Рис. 5.6.2. Двенадцатиподовая обжиговая печь:
7 - свод; 2 - корпус; 3 - лапа; 4 - газоотводящий патрубок; 5 - лапа подсушивающего пода;
6 - верхняя опора; 7 - загрузочное устройство; 8 - вал; 9 - вентилятор; 10 - подпятник;
77 - редуктор; 12 - зубчатая передача
ОБЖИГ В ПЕЧИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ
265
Обжиг протекает следующим образом. Через загрузочное устройство 7 концентрат поступает на подсушивающий под, а после подсушки перемещается лапами 5 к центру печи и пересыпается на первый рабочий под, на котором перегребается, продвигается к периферии печи и через отверстия в поду падает на второй рабочий под. Здесь концентрат снова перегребается к центру печи и пересыпается на третий под. Обожженный материал через отверстие нижнего пода высыпается из печи. Между валом и нижним подом установлен затвор, предотвращающий подсос воздуха. Печные газы по газоотводящему патрубку 4 поступают в сернокислотное производство.
Недостатки печи. Сложная и трудоемкая в изготовлении и монтаже, требует больших экономических затрат из-за малого срока службы рабочих элементов (лап, гребков и подов), высокая аварийность в результате поломок вращающихся частей, выпучивания и обрушивания сводов.
5.6.3.	ОБЖИГ В ПЕЧИ С КИПЯЩИМ СЛОЕМ
Сущность процесса. Обжиг в кипящем слое заключается в том, что через слой концентрата продувают восходящий поток воздуха или обогащенного кислородом дутья с такой скоростью, при которой все зерна исходного материала приходят в непрерывное возвратное поступательное движение (такое состояние материала похоже на кипящую жидкость).
На рис. 5.6.3 дана схема установки печи КС для обжига медных концентратов. Обжиговая печь КС имеет ряд обязательных узлов и деталей: вертикальную шахту со сводом, под с соплами, воздухораспределительные камеры, загрузочное окно (форкамера), разгрузочное устройство и газоход. Место загрузки и разгрузки располагают на противоположных сторонах печи. Число сопел на 1 м2 пода 30 - 50.
При окислительном обжиге в КС выделяется большое количество избыточной теплоты. Для ее отвода непосредственно в кипящий слой вводят холодильники трубчатого типа или холодильники-змеевики.
Рис. 5.6.3. Схема установки печи КС для обжига медных концентратов:
1 - воздушных коллектор; 2 - печь; 3 - пневматический затвор; 4 - ленточный массоизмеритель; 5 - циклон; 6- воронка; 7- разгрузочное устройство; 8 - вибрирующий бункер; 9 - шлюзовый затвор;
10- шибер с пневмопроводом; 11 - кюбель; 12 - зонт; 13 - рычаги управления; 14 - пылепровод
266
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МВДИ
Преимуществ*  недостатки кечей КС. Обжиг в КС является высокопроизводительным процессом, что обусловлено высокоразвитой удельной поверхностью контакта твердой и газообразной фаз. Окисление сульфидов вдет интенсивно даже при небольшом избытке воздуха (10 - 20 % сверх теоретически необходимого). При достаточно высокой герметизации печей получают газы с высоким содержанием SO2 (до 12 - 15 %). Сравнительные технические характеристики печей КС и много-подовых приведены в табл. 5.6.2.
Производительность печей КС по концентрату в 4 - 5 раз выше, чем при обжиге в многоподовых печах. Конструкция печей очень проста, их работа поддается механизации и автоматизации.
Недостаток печей КС - большой газовы-нос.
5.6.2. Технические характеристики печей КС и многоподовых для обжига медных концентратов
Параметр	Печь	
	КС	Многоподовая
Производительность, т/сут	1000 - 1100	200 - 250
Десульфуризация, %	55 - 60	58 - 60
Температура обжига, °C	870 - 890	800
Вынос пыли, %	83 - 84	10 - 15
Содержание SO2 в газах, %	13 - 15	6 - 7
5.6.4.	ПЛАВКА В ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ
Цель плавки - расплавление шихты с получением двух жидких продуктов: штейна и шлака, при этом необходимо как можно полнее перевести в штейн медь, а пустую породу отшлаковать.
Схема плавки в отражательной печи приведена на рис. 5.6.4.
Сущность отражательной плавки (табл. 5.6.3) заключается в том, что шихта плавится за счет теплоты от сжигания углеродистого топлива в горизонтально расположенном рабочем пространстве печи. Факел, образующийся при горении топлива, располагается над поверхностью расплава. Шихта и поверхность расплава в отражательных печах нагреваются, благодаря непосредственному лучеиспусканию факела горячих топочных газов и тепловых лучей, отраженных от внутренней поверхности свода.
Конструкция печи. Отражательная печь -плавильный агрегат с горизонтальным рабочим пространством (рис. 5.6.5). Внутренние размеры современных печей, м: длина 28 - 35; ширина 6 - 10; высота от пода до свода 4 - 4,5. Площадь пода колеблется от 180 до 350 м2.
5.6.3. Технико-экономические показатели отражательной плавки
Показатель	Шихта	
	сырая	обожженая
Удельная производительность печи в сутки, т/м2	3 - 5	5 - 8
Расход топлива (условного), % массы твердой шихты	18 - 22	16 - 16
Извлечение меди в штейн, %	95 - 98	93 - 94
Рис. 5.6.4. Схема плавки в отражательной печи
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
267
Рже. 5.6.5. Отражательная печь для плавки медных концентратов:
1 - окно для горелок (форсунок); 2 - подвесной свод; 3 - загрузочные окна; 4 - шлаковое окно; 5 - боров для отвода газов; 6 - лещадь; 7 - летка для выпуска штейна; 8 - фундамент
Конструктивно печь состоит из фундамента, стен, подины, свода, каркаса, устройств для загрузки шихты и выпуска продуктов плавки, горелок для сжигания топлива.
Ответственным элементом печи является свод. По исполнению различают своды: арочные, подвесные и распорно-подвесные. Арочные своды применяют при небольшой ширине печи (до 6 м), подвесные или распорноподвесные при большой ширине печей.
Рабочая температура в печи на расстоянии 3 - 10 м от передней стенки 1550 -1600 °C. Эта зона является, по существу, плавильной: здесь проводят загрузку шихты. По мере удаления от этой зоны температура снижается и в конце печи не превышает 1250 -1300 °C. В конце печи выпускают шлак, имеющий температуру плавления 1150 - 1200 °C. Отходящие газы отражательных печей содержат 0,5 - 1,5 % SO2.
Характеристики штейна. Выход штейна и содержание в нем меди определяются составом исходной шихты. Содержание меди в штейне 17 - 60 % и более. Кроме меди штейны содержат цинк, никель, свинец, благородные и редкие металлы. Регулировать состав штейна в условиях отражательной плавки из-за нейтральности атмосферы нельзя.
Содержание шлакообразующих компонентов, %: SiO2 30 - 46; FeO 32 - 45; СаО до
15; А12Оз до 12. Выход шлака по массе превышает выход штейна в 1,1 - 1,5 раза.
Преимущества отражательной печи - высокая универсальность, работает на шлаках любого состава. Продолжительность работы печей между капитальными ремонтами составляет до 6 - 7 лет.
Недостатки отражательной плавки:
самая низкая из всех плавильных процессов удельная производительность;
высокий расход углеродистого топлива для плавки сульфидных материалов;
низкий тепловой КПД;
невозможность регулирования штейнов;
трудности использования бедных серосодержащих газов;
высокий расход дорогостоящих огнеупоров.
5.6.5.	ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПЕЧИ
Особенности плавки в электрических печах. Близким аналогом отражательной плавки сульфидных материалов является плавка в электрических печах (или руднотермическая плавка). Принципиальное отличие руднотермической плавки - шихта плавится благодаря теплоте, выделяющейся при пропускании тока через шлаковый расплав.
На рис. 5.6.6 изображена электрическая печь. В электропечи поддерживается нейтральная атмосфера, поэтому окисление серы
268
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
шенные и обожженные мелкие концентраты, окатыши и агломерат.
Преимущество руднотермической плавки. По сравнению с отражательной руднотермическая плавка имеет более высокую удельную производительность 10 - 12 т с 1 м2 в сутки.
5.6.6.	ШАХТНАЯ ПЕЧЬ
Шахтная плавка - наиболее старый способ плавки на штейн. Схема шахтной печи дана на рис. 5.6.7. По сравнению с большинством других плавильных печей в шахтных печах можно плавить только крупнокусковый материал.
Основные преимущества шахтной плавки: высокая удельная производительность, высокий коэффициент использования тепла, высокая десульфуризация и незначительный расход огнеупорных материалов в связи с применением кессонированных стенок.
Основной недостаток - расход дорогого и дефицитного топлива - кокса и применение крупнокускового материала.
Особенности шахтных печей. В поперечном сечении шахтная печь имеет прямоугольную форму. В нижней части через фурмы вдувают воздух. В области фурм (фокус печи) развиваются самые высокие температуры - 1300 -1500 °C. В фокусе печи происходит плавление шихты и завершается образование продуктов плавки, откуда они стекают во внутренний горн, а затем по сифонному желобу - в передний горн на отстаивание. Раздельный выпуск штейна и шлака осуществляют из переднего горна.
Рис. 5.6.6. Электропечь кислородом газовой фазы полностью исключается, т.е. десульфуризация в электропечи протекает примерно так же, как и в отражательной печи.
Для плавки медных и медно-никелевых руд наибольшее распространение получили прямоугольные печи с тремя или шестью электродами. В настоящее время на рудных электропечах для подвода тока применяют набивные самообжигающиеся угольные электроды диаметром 800 - 1200 мм. Набивной электрод имеет стальной кожух толщиной 2 мм, который периодически заполняется электродной массой. По мере опускания электрода в печь электродная масса в кожухе спекается и затвердевает. Концы .электродов заглубляются на 200 - 800 мм в шлаковый расплав. Печь (рис. 5.6.6) имеет 6 электродов, установленных с шагом 3000 мм, общая длина 22,93 м, шихта загружается на слой жидкого шлака.
В электропечь поступает различная по характеру шихта: кусковая руда, сырье, подсу-
Ряс. 5.6.7. Схема шахтой печи:
1 - шахта печи; 2 - внутренний горн; 3 - колошник;
4 - фурма; 5 - выпускной желоб;
6 - наружный (передний) отстойный горн
АВТОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
269
5.6.4. Сравнительные параметры различных видов шахтной плавки
Параметр	Вид шахтной плавки		
	Пиритная	Полупиритная	Медно-серная
Расход кокса, % от массы шихты	0,5 - 3	9 - 10	8 - 10
Удельный проплав шихты, т/(м2 • сут)	50 - 60	До 120	До 50
Десульфуризация, %	85 - 95	50 - 80	85 - 90
Размеры печей, некоторые конструктивные их отличия и технико-экономические показатели определяются разновидностью выполняемой шахтной плавки - восстановительной, пиритной (окислительной), полупи-ритной и медно-серной (табл. 5.6.4).
5.6.7.	АВТОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
Особенности автогенной плавки. Все автогенные плавки являются совмещенными. При этой технологии в одном металлургическом аппарате объединяют процессы обжига, плавки, и частично или полностью, - конвертирования, что позволяет рационально и концентрированно переводить серу шихты в газы.
Применительно к флотационным концентратам металлургические процессы могут быть организованы по разному как технологически, так и аппаратно. С технологической точки зрения процессы, в первую очередь, различаются методами сжигания сульфидов, т.е. сжигание может быть проведено в факеле или расплаве.
Сжигание сульфидов в факеле. Комплекс кислородно - взвешенной
плавки (КВП) (рис. 5.6.8) предназначен для сжигания сульфидов в факеле, когда мелкий хорошо высушенный концентрат вдувается в разогретое до высоких температур плавильное пространство вместе с кислородсодержащим дутьем. Образовавшиеся капли сульфидно-оксидного расплава падают на поверхность спокойной шлаковой ванны, где продолжаются основные физико-химические процессы, включая процессы шлако- и штей-нообразования, а также отстаивания.
Печи кислородно-факель-ной плавки (КФП). В этих печах сжигают сухую сульфидную шихту в горизонтальном факеле, для чего на одной из ее торцевых стен устанавливают специальные горелки, а на противоположной стене - горелки для факельного сжигания в кислороде пиритного концентрата, что сопровождается образованием бедного по меди сульфидного расплава, служащего для промывки шлака с целью извлечения из него меди. Обедненный шлак содержит 0,6 -0,65 % Си. Штейн получают с 47 - 50 % Си. На рис. 5.6.9 приведено устройство печи для кислородно-взвешенной (факельной) плавки (КВП или КФП).
Рис. 5.6.8. Схема комплекса кислородно-взвешенной плавки:
1 - шихтовые бункеры; 2 - питатели; 3 - расходомеры; 4 - печь; 5 - газоход;
6 - выпускные желоба; 7 - штейновый ковш; 8 - шлаковоз
270
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
Рис. 5.6.9. Схема печи дм кислородно-взвешенной плавки сульфидных концентратов:
1 - стакан для установки отверстия в кислородной горелке для вдувания концентрата; 2 - газоход;
3 - печь; 4 - стакан для вдувания пиритного концентрата
Газы плавильной и обеднительной зон, содержащие до 80 % SO2, удаляют через общий газоход, установленный в центре печи. Их используют для получения жидкого сернистого ангидрида или серной кислоты.
Производительность печи составляет 10 - 12 т/(м2 • сут).
Технология КВП предъявляет к конструкции печи ряд специфических требований:
наличие такого объема реакционного пространства, которое обеспечит завершение факельного процесса и осаждение капелек расплава;
длина ванны должна быть достаточной для образования в ней с помощью разделительной перегородки двух зон - зон отделения от шлака основной массы обогащенного и зоны обезмеживания шлака пиритом с отделением бедного штейна;
организация движения газов должна быть такой, при которой обеспечивается снижение уноса твердых и расплавленных частиц шихты.
Автогенные процессы, осуществляемые в расплавах, имеют особый механизм плавки. Его стадии: плавление загруженной шихты и растворение ее компонентов в первичном, хорошо перелетом сульфидно-окисном расплаве, окисление сульфидов, процессы штейно- и шлакообразования.
5.6.8.	КОНВЕРТИРОВАНИЕ МЕДНЫХ ШТЕЙНОВ
Сущность процесса. Медные штейны, содержащие в зависимости от состава исходного сырья и вида плавки 10 - 75 % Си, перерабатывают методом конвертирования. Медные системы состоят, в основном, из сульфидов меди и железа.
Цель конвертирования - получение черновой меди в результате окисления железа и
серы. Вследствие экзотермичности реакций конвертирования не требует затрат топлива, т.е. конвертирование - типичный автогенный процесс.
Технология процесса. Первый период конвертирования - заливка штейна, загрузка кварцевого флюса и холодных присадок, продувка расплава воздухом и слив конвертерного шлака носит циклический характер. Длительность каждого цикла 30 - 50 мин. После каждой продувки в конвертере остается обогащенная медью сульфидная масса. Содержание меди в массе постепенно возрастает до предельной величины, что соответствует почти чистой полусернистой меди Cu2S (белый штейн). Коэффициент использования конвертера в первом периоде 70 - 80 %. Остальное время тратится на слив шлака и на загрузку. Белый штейн содержит 80 % Си.
Второй период - получение черновой меди в результате окисления Cu2S - проводят непрерывно в течение 2 - 3 ч только при подаче воздуха.
Готовую черновую медь, в зависимости от места проведения рафинирования, либо заливают в миксер, и далее, в рафинировочную печь, либо разливают в слитки массой до 2 т и отправляют на рафинировочные заводы.
Черновую медь выпускают шести марок с суммарным содержанием Си, Аи и Ag, %, не менее: 99,4 - марка МЧ1 и 96 - марка МЧ6.
На рис. 5.6.10 изображен горизонтальный конвертер с боковым отводом газов. Такая конструкция конвертера позволяет предотвратить выход газов из конвертера в атмосферу цеха при его остановках и пуске, повысить концентрацию SO2 в отходящих газах до 7,5 -10 % и извлечение серы из отходящих газов с 55 до 90 - 92 %.
РАФИНИРОВАНИЕ ЧЕРНОВОЙ МЕДИ
271
Рис. 5.6.10. Конвертер с боковым отводом газов:
1 - бочка конвертера; 2 - поворотный газоход; 3 - загрузочная горловина
5.6.9.	РАФИНИРОВАНИЕ ЧЕРНОВОЙ МЕДИ
Рафинирование черновой меди проводят в две стации: сначала очищают медь от примесей методом огневого (окислительного) рафинирования, затем - электролитическим способом.
Огневое рафинирование. Цель огневого рафинирования - частичная очистка от примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду (максимальное удаление кислорода, серы, железа, никеля, цинка, свинца, мышьяка, сурьмы и растворенных газов). Медь после огневого рафинирования разливают в слитки пластинчатой формы с ушами - аноды, которые направляют в электролизный цех.
Печи для огневого рафинирования называют анодными печами. Используют два типа таких печей - стационарные отражательные и наклоняющиеся.
Стационарная отражательная печь имеет вместимость ванны до 400 т жидкой меди, при глубине ванны 965 мм. Стационарные печи применяют на крупных медеэлектролитных заводах для рафинирования твердой черновой меди.
Печи устанавливают на столбчатом фундаменте, что обеспечивает повышенную стойкость подины. На одной из продольных стен рабочие окна с опускающимися заслонками для загрузки твердых материалов и обслуживания печи во время работы. Печи отапливаются только высококачественным топливом (газ или мазут). Топочная сторона имеет форкамеру, в которой начинается горение топлива. Окна для съема шлака расположены в одной из боковых или задней торцовой стенке печи. Рабочие и шлаковые окна можно использовать для окислительной и восстановительной обработки расплавленной меди.
Наклоняющиеся рафинировочные печи (рис. 5.6.11) конструктивно схожи с горизонтальными
конвертерами, но имеют большую (до 300 т) вместимость. Горловина смещена к одному торцу. Ее используют для заливки черновой меди, загрузки твердых отходов и отвода газов. Для выпуска отрафинированной меди со стороны разливочной машины в печи сделана летка диаметром 60 мм. Такие печи пригодны только для переработки жидкой черновой меди, так как загрузка слитков через горловину приводит к быстрому разрушению футеровки пода.
Огневое рафинирование - периодический процесс, алгоритм которого следующий: загрузка печи;
плавление; при переработке жидкой меди с добавлением небольших количеств оборотных твердых материалов длительность этой стадии значительно сокращается;
окислительная обработка расплава и съем шлака; продутая воздухом медь насыщается кислородом при восстановительной обработке меди (дразнения);
дразнение, проводимое свежесрубленной древесиной, мазутом или природным газом; после дразнения получают плотную красную медь, содержащую, %: S 0,01; О2 до 0,2. Такую медь разливают в аноды.
разливка меди; готовые аноды имеют длину 800 - 900, ширину 800 - 900 и толщину 35 - 40 мм, массу 240 - 320 кг.
Общая продолжительность огневого рафинирования при переработке твердой меди около 24 ч.
Электролитическое рафинирование меди. Анодная медь содержит 99,4 - 99,6 Си, остальное - примеси, в том числе, золото и серебро. В среднем в 1 т анодной меди содержится 30 -100 г Au и до 1000 г Ag.
Литые аноды и тонкие матрицы из электролитической меди (катоды) попеременно завешивают в электролитическую ванну и через эту систему пропускают постоянный ток (рис. 5.6.12). Электролит - водный раствор
272
Глава 5.6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ
Рис. 5.6.11. Наклоняющаяся рафинировочная печь (а) и схема углов поворота печи (6): I- крайнее положение при разливке меди; II - крайнее нижнее положение шпура;
III - положение горловины при сливе шлака;
1 - кожух печи; 2 - футеровка; 3 - горловина; 4 - крепление печи; 5 - окно для дразнения; 6 - привод кантования печи; 7 - шпур для выпуска меди; 8 - газовая горелка
Рис. 5.6.12. Схема электролитического рафинирования меди:
1 - катод; 2 - катодная штанга; 3 - анод; 4 - токоподводящие шины
сульфата меди (160 - 200 г/л) и серной кислоты (135 - 200 г/л)» коллоидные добавки для улучшения качества (структуры) катодных осадков.
Для электролитического рафинирования применяют железобетонные ванны ящичного типа, внутреннюю часть которых облицовывают винипластом» стеклопластиком, полипропиленом» кислотоупорных бетоном и другими кислотостойкими материалами.
Напряжение в ваннах 0,25 - 0,3 В» плотность тока 250 - 300 А/м2. Время наращивания катода на различных заводах различно и составляет 6-15 сут» масса катода 60 - 140 кг. Растворение анода длится 20 - 30 сут и зависит от его толщины и режима электролиза. Остатки анодов составляют 12 - 18 % первоначальной массы. За время работы анодов снимают два - три катода. Анодные остатки переплавляют в анодных печах в новые аноды.
Катодная медь поступает в переплав для изготовления вайер-барсов или на литейнопрокатные агрегаты для изготовления медной катанки.
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ
273
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Баймаков Ю. В., Журив А. И. Электролиз в гидрометаллургии. М.: Металлургиз-дат, 1963. 616 с.
2.	Басов А. И., Ельцев Ф. П. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981.
3.	Зеликман А. Н., Вольдман Г. М., Беляевская Л. В. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1983.
4.	Козлов В. А., Набойченко С. С., Смирнов Б. Н. Рафинирование меди. М.: Металлургия, 1992.
5.	Кохан Л. С., Навроцкий А. Г. Механическое оборудование цехов по производству цветных металлов. М.: Металлургия, 1985.
6.	Матвеев Ю. Н., Стрижко В. С. Технология металлургического производства для цветных металлов (теория, практика). М.: Металлургия, 1986.
7.	Основы металлургии. Т. VII. Технологическое оборудование предприятий цветней металлургии / Под ред. И. А. Стригина, А. И. Басова, Ф. П. Ельцева, А. В. Троицкого. М.: Металлургия, 1975.
8.	Плавка в жидкой ванне / Под ред. А. В. Ванюкова. М.: Металлургия, 1988.
Глава 5.7
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ
5.7.1.	СЫРЬЕ Д ЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ
На никелевых заводах перерабатывают окисленные никелевые и сульфидные медно-никелевые руды (доля медно-никелевых руд постоянно возрастает). Окисленные руды отличаются исключительным непостоянством состава даже в массиве одного месторождения.
Химический состав руд, %:
окисленных: Ni 0,7 - 4,0; Со 0,04 - 0,16; S1O215 - 75; Ре2Оз 5 - 65; Сг2Оз 1 - 4 и др.;
сульфидных медно-никелевых: Ni 0,3 -3,5; Си 0,2 - 1,9; Со 0,02 - 0,2; Fe 30 - 40; S 17 - 28; SiO2 10 - 30 и др.
Сульфидные медно-никелевые руды подвергают обогащению (табл. 5.7.1).
Переработка окисленных руд заканчивается получением огневого никеля, отправляемого без дополнительного рафинирования; переработка сульфидных медно-никелевых руд - обязательным рафинированием чернового никеля, что обеспечивает извлечение еще большего числа ценных компонентов. На рис. 5.7.1 и 5.7.2 приведены схемы получения никеля из окисленных и сульфидных медно-никелевых руд.
Г-
| Брикетирование I
Кокс
Руда I
Усреднение Л Кокс — _
Агломерация
—,----------
| Известняк брикет (агломерат) \^Сулыридиза/пор	I г.....
(гипс или пирит)^	| |
Плавка на штейн 1
Воздух.
| J у } Газы Пыль Штейн Шлак
I ♦	♦
В атмосферу Водорот	В отвал
Воздух	—	Кварц
Конвертирование f--------------1!
Конвертерный шлам Файнштейм	Газы
|	воздух
На извлечение кобальта Окислительный обжиг Закись никеля Восстановитель I	Известняк
---------------------------------» I f---------------------------- восстановительная плавка I--------------------------------}
Огневой никель	Шлак
♦	L_
К потребителю
Рис. 5.7.1. Принципиальная схема получения никеля из окисленных руд (цифрами обозначены варианты подготовки руды к плавке)
5.7.1. Химический состав концентратов медно-никелевых руд
Тип концентрата	Химический состав, %				
	Ni	Си	Fe	S	S1O2
Коллективный	3,6 - 6,5	3,0 - 6,0	38 - 40	28 - 30	22 - 14
Медный	1,5 - 1,6	25 - 30	40 - 45	32 - 34	2 - 4
Никелевый	6,0 - 11,0	4 - 6	37 - 40	25 - 29	14 - 20
Пирротитановый	0,1 - 1,55	0,05 - 0,17	55 - 60	36 - 37	1 - 3
274
Глава 5.7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ
Руда
Флотационное обогащение
хвосты	I Си	]
(у концентрат у
Лирротиновый I Ni-Cu концентрат | концентрат S В отдал	I	Камедный	I	/
у завод I /
Плавка на штейн
J f I
Газы Cu-Hi штейн Шлак
Кварц	воздух I
f t У	В отдал
Конвертирование
f	I
Конвертерный Си-М Газы шлак файнштейн
Рудный штейн\ Восстановитель I
Обеднение
Штейн
Г Шлак
Флотационное разделение медиа никеля
Возвратный.
концентрат Воздух.
(богатый Си концентрат в отдал | На медный завод
Окислительный обжиг
Газы
f
Закись никеля Восстановитель
В производство И2304 Восстановительная плавка
Черновой никель (аноды)
Электролитическое рафинирование
Кобальтовый Катодный кек никель
I
В производство кобальта
Шламы
На извлечение благородных металлов
К потребителю
Рис. 5.7.2. Принципиальная схема получения никеля из сульфидных медно-никелевых руд
S.7.2.	ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ РУД
Плавка на штейн осуществляется с целью перевода никеля и кобальта в штейн и отделения штейна от пустой породы. Плавку проводят в шахтной печи (рис. 5.7.3). Для этого в печь загружают агломерат или брикеты окисленной руды, крупные куски руды, флюсы и сульфидизаторы. Флюсом является известняк, сульфидизаторами железа и никеля - гипс или пирит, топливом - кокс. Температура в фокусе печи до 1700 °C, газов на выходе - 500 - 600 °C.
Шахтные печи для никелевой плавки имеют те же конструктивные элементы, что и другие шахтные печи, используемые в цветной металлургии; отличаются от них большим объемом внутреннего горна и отсутствием водяного охлаждения его стенок. Печи переведены на систему испарительного охлаждения стенок шахты. Они оборудованы наружным отстойным горном. Продукты плавки поступают в нижнюю часть горна. Горячий шлак проходит через накопившийся на дне штейн и разогревает его, предотвращая зарастание горна ферроникелем. Шлак из переднего горна выпускают непрерывно, штейн - периодически.
Рис. 5.7.3. Шахтная печь для плавки окисленных никелевых руд на штейн:
1 - шатер, 2 - колошниковая площадка;
3 - кессон испарительного охлаждения;
4 и 5 - коллекторы соответственно для отвода и отвода охлаждающей воды; 6 - внутренний горн печи; 7 - наружный горн, 8 - шпур для штейна;
9 - шлаковая летка; 10 - фурма
ПЕРЕРАБОТКА ОКИСЛЕННЫХ РУД
275
Конвертирование никелевых штейнов. Никелевые штейны состоят почти полностью из никеля, кобальта железа в форме сульфидов или свободных металлов.
Цель конвертирования - получение никелевого файнштейна за счет окисления железа и серы, а также максимальное окисление кобальта и перевод его в конвертерный шлак. Для конвертирования штейнов используют горизонтальные конвертеры вместимостью 20 и 30 т. Их конструкция та же, что и при конвертировании медных штейнов.
Файнштейн содержит, %: Ni 76 - 78; S 19 - 21; Fe 0,2 - 0,4; Со 0,3 - 0,5 и Си до 2,0.
Шлаки имеют следующий химический состав, %: Ni 0,7 - 1,2; Со 0,2 - 0,5; SiO2 23 -30; Fe 49 - 53; MgO до 3,0.
Шлаки обедняют методом перемешивания с бедным штейном в специальных конвертерах или элекгропечным способом.
Переработка файнштейна включает стадии окислительного обжига и восстановительную плавку закиси никеля на металл.
Цель отжига - удаление серы до содержания не более 0,02 % и перевод никеля в NiO. Глубокое удаление серы требует проведение обжига в две стадии. Вначале обжиг проводят в печах с кипящим слоем (КС) (рис. 5.7.4) для удаления серы до содержания 1,0 - 1,5 % при температуре 950 - 1000 °C. После выщелачивания огарок с остаточным содержанием меди 0,3 - 0,4 % направляют на окончательный отжиг при температуре 1200 - 1300 °C в трубчатую вращательную печь (рис. 5.7.5). Полученная в трубчатых печах закись никеля содержит, %: Ni 78; Си 0,4; Со 0,4 - 0,5; Fe 0,3 - 0,4.
Из обжиговой печи закись никеля при температуре 900 - 1000 °C осыпается в трубчатый реактор, ще никель частично восстанавливается, и из реактора выходит металлизированный огарок с содержанием никеля до 86 %. Эта операция ускоряет и удешевляет переработку в электропечах.
Рис. 5.7.4. Печь КС для обжига файнштейна:
1 - под; 2и 7- загрузочные устройства;
3 - кожух печи; 4 - футеровка; 5 - сопло;
6 - воздухораспределительная коробка
Рис. 5.7.5. Установка для второй стадии обжига никелевого огарка:
1 - трубчатая печь; 2 - бункер с питателем; 3 - топочная камера;
4 - пылевая камера; 5 - трубчатый холодильник
276
Глава 5.7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЯ
5.7.3.	ВОССТАНОВИТЕЛЬНАЯ ЭЛЕГГРОПЛАВКА
Этот вид плавки осуществляют в дуговых электропечах. Для получения никеля из окисленных руд применяют трехэлектродные круглые печи вместимостью 4,5 - 10 т, работающие периодически с циклом 6 - 8 ч.
Суммарное содержание никеля и кобальта в огневом никеле не менее 98,6 %.
5.7.4.	ПЕРЕРАБОТКА СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД
Плика на штейн. Исходное сырье - богатые руды, никелевые или медно-никелевые концентраты. Основной способ плавки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов -плавка в руднотермических печах с тремя или шестью электродами (см. рис. 5.6.6). Извлечение в штейн, %: никеля <94 - 97; меди 94 - 96; кобальта 75 - 80.
Руды с содержанием никеля более 1,5 % плавят без обогащения (с предварительным дроблением, сушкой и шихтовкой). Концентраты укрупняют агломерирующим отжигом или окатыванием с последующим отжигом.
Конвертирование медно-никелевых штейнов. Для конвертирования используют горизонтальные конвертеры вместимостью 75 -100 т. Чтобы сохранить кобальт в файнштейне, процесс ведут с неполным окислением железа, иначе кобальт переходит в конвертерный шлак.
Продувку заканчивают получением файнштейна с содержанием 35 - 42 % Ni и 25 - 30 % Си. Суммарное содержание в шлаке никеля, меди и кобальта 2 - 2,5 %. Шлаки обедняют в электропечах в присутствии восстановителя. Продукты обедненной плавки -штейн и отвальный шлак.
Разделение меди и никеля. Файнштейн представляет собой, в основном, NijSj и CU2S, содержащий кобальт, платиноиды и немного железа. Наибольшее распространение получил флотационный метод. Перед флотацией файнштейн охлаждают в течение 40 - 80 ч, чтобы обеспечить механическое вскрытие кристаллических фаз при дроблении и измельчении.
Флотацию ведут в сильно щелочной среде. Основные составляющие никелевого концентрата - 68 - 71 % Ni; 3 - 4 % Си; платиновые металлы. Медный концентрат идет в медное производство.
Получение чернового никеля. Никелевый концентрат подвергают одностадийному окислению в печах КС при температуре 1100 -1200 °C. Глубокой десульфуризации закиси никеля не требуется, так как при последующем электролитическом рафинировании сера перейдет в шлам с медью (CuiS).
Обожженную закись никеля предварительно восстанавливают в трубчатом реакторе, что экономит электроэнергию при плавке на черновой никель. Восстановительную плавку
закиси никеля проводят в дуговых электропечах по технологии, близкой к технологии получения никелевого файнштейна на огневой никель. Готовый никель разливают на карусельной машине на аноды.
Состав анодов, %: Ni 89 - 92; Си 4 - 5; Fe 1,5 - 3,5; Со 2 - 2,5; S до 2.
5.7.5.
РАФИНИРОВАНИЕ
Цель рафинирования - получение чистого катодного никеля и попутное извлечение кобальта, платиноидов, золота, серебра, меди и теллура. На рис. 5.7.6 дана схема электролитического рафинирования никеля.
Для электролиза применяют сульфатхло-ридные электролиты, содержащие небольшие количества катионов водорода. Основные компоненты электролита - сульфаты никеля и натрия и хлорид никеля.
Анодный процесс сводится к электролитическому растворению никеля, кобальта, железа и меди; благородные металлы и нерастворимые в электролите химические соединения осыпаются в шлам.
Получение чистых катодных осадков достигается на практике отделением катодного пространства от общего объема загруженного электролита с помощью катодных диафрагм и системой циркуляции электролита. Подачу католита регулируют так, чтобы его уровень в диафрагме превышал уровень электролита в ванне на 30 - 40 мм. В результате этого обедненный никелем католит под действием гидростатического давления проходит через поры диафрагмы и как бы отталкивает анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную ячейку.
Режим электролиза: плотность тока 240 -350 А/м2; температура электролита 55 - 70 °C; напряжение на ванне 2,6 - 3,0 В.
Катодный никель режут, пакетируют и отправляют потребителю.
Рис. Схема электролитического рафинирования никеля:
1 - катод; 2 - анод; 3 - icktojoma диафрагма;
4 - анолит; 5 - католит
СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА
277
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Астафьев А. Ф., Алексеев Ю. В. Переработка в кипящем слое полупродуктов никелевого производства. М.: Металлургия, 1991.
2.	Баймаков Ю. В., Журнн А. И. Электролиз в гидрометаллургии. М.: Металлургиз-дат, 1963.
3.	Басов А. И., Ельцев Ф. П. Справочник механика заводов цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981.
4.	Зеликман А. И., Вольдман Г. М., Беляевская Л. В. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1983.
5.	Кохан Л. С., Навроцкий А. Г. Механическое оборудование цехов по производству цветных металлов. М.: Металлургия, 1985.
6.	Матвеев Ю. Н., Стрижко В. С. Технология металлургического производства цветных металлов (Теория, практика). М.: Металлургия, 1986.
7.	Основы металлургии. Т. VII. Технологическое оборудование предприятий цветной металлургии / Под ред. И. А. Стригина, А. И. Басова, Ф. П. Ельцева, А. В. Троицкого. М.: Металлургия, 1975.
Глава 5.8
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА
5.8.1.	СЫРЬЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА
Сырьем для производства цинка являются сульфидные медно-свинцовые, медно-цинковые и свинцово-цинковые руды с содержанием цинка 1 - 3 %. Из них извлекают до семнадцати элементов. Руды предварительно обогащают по селективной схеме с получением нескольких концентратов (цинкового, медного, свинцового и пиритного), которые содержат, %: Zn 48 - 60; Pb 1,5 - 2,5; Си 1 - 3; Fe 3 - 10; S 30 - 38; Cd до 0,25.
Переработку концентратов осуществляют двумя методами: пирометаллургическим (дистилляционным) и гидрометаллургическим.
Гидрометаллургическая переработка дает более высокое качество цинка, а также лучшее извлечение цинка и сопутствующих элементов, поэтому далее приводится оборудование только для осуществления гидрометаллургической технологии (рис. 5.8.1).
| Сулыридный цинкодый концентрат \
Окислительный обжиг
Г~~--------- -------------------1
1/бзыилыль]	Огарок
\ПылецлаВлиВание\
Газы	Пыль
—i---------- t___________________________
В производство	1
n,so,	♦ Г~~
...-....—...	Выщелачивание
Цинковый кек	Раствор
♦ ♦
На дополнительную Очистка от примесей переработку	I
\3лектролитическое осаждение
| Катодный цинк I —
Переплавка и разливка
I
| ЧушкоВой цинк |
Отработанный электролит
Рис. 5.8.1. Технологическая схема переработки сульфидных цинковых концентратов гидрометаллургическим способом
278
Глава 5.8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА
5.8.2.	ОБЖИГ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
Печи для обжига. Обжиг проводят в печах кипящего слоя (КС) при температуре 950 -980 °C. Диаметр печи 5 - 7 и высота 7 - 12 м, площадь пода 20 - 40 м2. Суточная производительность по концентрату 3,5 - 6 т/м2 площади пода. Отходящие газы содержат 8 - 12 % SO2. Грубая пыль (до 40 % массы огарка) улавливается в циклонах, а тонкая (до 5 %) - в электрофильтрах.
Последовательность операций. Концентраты загружают через боковую стенку. Благодаря поддуву материала воздухом снизу, в печи образуется псевдоожиженный слой, где происходит обжиг крупных частиц (мелкие вылетают с газами из слоя и обжигаются в надслоевом пространстве). Обожженный мате
риал удаляется из печи самотеком через разгрузочный порог, расположенный с противоположной стороны загрузки. Высота порога 1200 - 1400 мм от подины. На выщелачивание поступает огарок, содержащий 55 - 65 % Zn и до 2,5 - 3 % S в виде сульфидов и сульфатов.
5.8.3.	ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ОБОЖЖЕННЫХ ЦИНКОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ
Цель выщелачивания - перевод в раствор цинка и сопутствующих ему ценных компонентов. Растворитель - оборотный раствор серной кислоты.
На отечественных заводах при использовании одно- и двухстадийных схем выщелачивания огарка применяют механические (рис. 5.8.2) и пневматические (типа ’’Пачук”) агитаторы.
Рис. 5.8.2. Чан для выщелачивания с механическим перемешиванием (агитатор):
1 - привод; 2 - загрузочный люк; 3 - змеевик для подогрева пульпы; 4 - корпус чана; 5 - футеровка; 6 - диффузор; 7 - импеллерная мешалка; 8 - выпускной патрубок; 9 - отвод конденсата; 10 - подвод пара; 11 - крышка
ВЫДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОГО ОСТАТКА ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ОГАРКА
279
Периодическое выщелачивание проводят в механических пропеллерных мешалках-чанах объемом 60 - 100 м3. Интенсивное перемешивание создается благодаря диффузору, внутри которого вращением винта создается движение пульпы сверху вниз. Пульпа подогревается змеевиками из коррозионно-стойкой стали. Изнутри бак выложен листовым свинцом и футерован кислотоупорным кирпичом на специальной мастике.
П а ч у к - цилиндрический чан объемом 40 - 100 м3. По центру пачука установлена труба-аэролифт, к нижнему концу которой подводят сжатый воздух давлением 0,2 МПа, разрыхляющий и поднимающий пульпу вверх. Из аэролифта пульпа по сливному порогу вновь поступает в чан. Так в пачуке создается непрерывная циркуляция пульпы. При непрерывном потоке поступающей пульпы ее избыток постоянно вытекает из чана через выпускной порог пачука.
Футеруют пачуки листовым свинцом или кислотоупорным кирпичом с подслоем из изобутилена. Возможна установка в пачуках змеевиковых подогревателей.
Недостаток чанов с пневматическим перемешиванием - охлаждение растворов вдуваемых воздухом.
Классификация огарка. Перед выщелачиванием огарок подвергают классификации: мокрой - в гидроциклонах, сухой - в аэросепараторах, работающих в замкнутом цикле, с мельницей сухого помола.
Работа г и д р о ц и к л о н а . Питательный патрубок гидроциклона расположен касательно к его внутренней цилиндрической поверхности. Ввиду большого давления пульпы, она входит в гидроциклон с большой скоростью. Под действием центробежной силы наиболее тяжелые частицы отбрасываются к стенкам гидроциклона и спиральным потоком движутся вниз к разгрузочной насадке. Мелкие частицы собираются в центральной части гидроциклона, откуда вытесняются, двигаясь внутренним спиральным потоком вверх, и поступают в выводной (сливной) патрубок. В самом центре, по вертикальной оси гидроциклона образуется вертикальный воздушный столб (цилиндр).
Аэросепаратор работает по принципу использования центробежной силы и восходящего потока воздуха, создаваемого вентилятором.
5.8.4.	ВЫДЕЛЕНИЕ ТВЕРДОГО ОСТАТКА ПРИ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ОГАРКА
Сгустители. Пульпа после выщелачивания огарка для грубого разделения жидкой СК) и твердой (Т) фаз поступает сначала на сгустители, поскольку пульпы очень разбавлены: Ж/Т-10. Используют сгустители диамет
ром 15 и 18 м, в зависимости от высоты их объем составляет 220 - 1000 м3.
Сгустители представляют собой открытые цилиндрические чаны, оборудованные пере-гребными устройствами для перемешивания твердого осадка и его движения по дну сгустителя к центру. Осветленный раствор сливается в кольцевой желоб, расположенный в верхней кромке сгустителя, и выпускается через сливной порог в желобе.
Сгустители изготовляют либо из углеродистой стали, либо из железобетона с футеровкой из кислотоупорного кирпича.
Перегребное устройство жестко закреплено на валу и состоит из граблин, несущих ряд косо поставленных гребков. Граблины установлены под углом 5 - 12 0 к горизонту и поддерживаются растяжками. Перегребное устройство изготовляют из коррозионно-стойкой стали и титана.
Фильтрация пульпы. Сгущенная пульпа (нижний слив) содержит много жидкости: Ж/Т = 2-5-3. Фильтрацию пульпы нижнего слива осуществляют на рамных вакуум-фильтрах, состоящих из рамы размером 2500 х 3000 мм, обтянутых тканью. Во время фильтрования пульпа непрерывно перемешивается сжатым воздухом. Под действием вакуума раствор отсасывается, и частицы оседают на ткани рам. При толщине твердого слоя (кека) 30 -40 мм рамы вынимают и кек отделяют от ткани отдувкой сжатым воздухом. Осадок в бункере репульпируют, промывая водой до Ж/Т = 1,5 -5- 2, для окончательной фильтрации.
Окончательную фильтрацию цинковых кеков на всех отечественных предприятиях проводят на дисковых вакуум-фильтрах (рис. 5.8.3). Полый вал 5 дискового вакуум-фильтра установлен в подшипниках 8 (опорами подшипников являются стойки 9) имеет фланцевые соединения 6. Вращение вала осуществляется приводом, соединяющим зубчатую передачу 2, редуктор 16, муфту, электродвигатель и цепную передачу 17, соединяющую вал с эксцентриком 18. На валу укреплены шесть дисков, погруженные в корыто 14 с пульпой.
С помощью распределительной головки 1 регулируют режим работы фильтра. В головке предусматривают четыре полости, две из которых сообщаются с вакуумной системой; через две другие полости с использованием подвода 21 подают сжатый воздух для отдувки кека и регенерации ткани. Изменяя продолжительность вакуумирования или действия повышенного давления в той или иной ячейке вала, регулируют процесс фильтрации. Корыто является корпусом фильтра. Пульпу подают в днище корыта по распределительному коллектору 11 с несколькими вводными патрубками,
280
Глава 5.8. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА
Рис. 5.8.3. Шестидисковый вакуум-фильтр
расположенными между дисками или против них. Такой способ подачи улучшает циркуляцию пульпы и препятствует образованию на дне корыта плотного осадка, так как восходящие струи пульпы поддерживают твердые частицы во взвешенном состоянии. Благодаря шатуну 19, мешалка 13 совершает кача-тельные движения, что усиливает взмучивание пульпы в корыте.
Мешалка состоит из сегментообразной стальной толстой пластины и двух боковых секторов 4, соединенных с хомутами 3 эксцентрикового механизма.
Секторы дисков, погруженные в ванну с пульпой, с помощью трубки через каналы в цапфе сообщаются с вакуумной ячейкой распределительной головки фильтра. Благодаря разрежению, по трубкам отсасывается жидкость из ванны и образуется слой кека на внешней поверхности фильтровальной ткани. По мере поворота дисков секторы со слоем кека выходят из пульпы, но остаются под вакуумом, сообщаясь со второй ячейкой распределительной головки. В этот период подсушивается кек. В конце цикла последние два сектора диска сообщаются с двумя полостями распределительной головки, через которые подается сжатый воздух. В этот период происходит отдувка и сброс кека с диска. Против каждого диска с разгрузочной стороны корыта имеются карманы 12, через которые кек падает под корыто на ленточный конвейер.
Преимущества дисковых фильтров - возможность быстрой замены любого сектора с изношенным тканевым чехлом и небольшая требуемая площадь на единицу фильтровальной поверхности.
5.8.5.	ОЧИСТКА РАСТВОРОВ
Стадии процесса очистки растворов. Основные примеси цинковых растворов - железо, алюминий, мышьяк, сурьма, германий, медь, кобальт и кремневая кислота. Очистку растворов от примесей проводят в чанах с ме
ханическим перемешиванием в периодическом или непрерывном режиме. С целью глубокой очистки растворов от кадмия, никеля, кобальта, германия, и других примесей. Эту операцию проводят в несколько стадий. После первой или второй стадии очистки пульпу разделяют с помощью сгустителя, а по окончании последней стадии - на рамных фильтрах-прессах.
На стадии фильтрации растворов используют также дисковые и патронные аппараты.
Фильтр-пресс предназначен для фильтрации пульпы с небольшим (1-5 г/дм2) содержанием твердого вещества. На металлической станине фильтр-пресса установлены пустотелые рамы и сплошные рифленые плиты (из чугуна или дерева). МеЖду каждой плитой и рамой зажата фильтровальная ткань. Рама с двумя плитами служит фильтровальной ячейкой. Пространство между рамой и двумя смежными плитами образует фильтровальную камеру. В раму нагнетают пульпу, твердая часть ее остается в плоскости рамы, а фильтрат стекает по рифленой поверхности плит в желоб (рифления высотой 6 и шагом 12 мм). Когда в рамах накапливается осадок, их продувают сжатым воздухом (для отдува осадка от ткани), ослабляют зажимы, обеспечивающие герметичность контакта рам с плитами, и разводят и рамы, и плиты. Кек падает в бункер, откуда выгружается шнеком.
Площадь фильтрации фильтр-прессов 50 или 100 м2 (соответственно число рам 41 и 60, плит 42 и 62).
Фильтр-сгуститель (рис. 5.8.4) состоит из чана 1, перегребного устройства 2, фильтрующих элементов - патронов 5 и распределительной головки 10. Пульпа подается по трубе 13 в приемную коробку 14. Сгущенный материал разгружается через разгрузочное устройство 4 с помощью задвижки. Перегребное устройство имеет две винтовые лопасти, жестко закрепленные на валу 3, и вращается приводом 9.
ЭЛЕКТРОЛИЗ ЦИНКА
281
Рис. 5.8.4. Фильтр-сгуститель с поверхностью 76 м2
Патроны выполнены сварными, из стали; их перфорированная поверхность конической формы обтянута тканью (капроном). Аатроны собраны в отдельные секции по 6 шт. Каждая секция расположена радиально на трубчатом коллекторе 6, соединенном с распределительной головкой.
Жидкость отсасывается из суспензии и по трубе 11 отводится наружу. Осадок собирается на поверхности патрона примерно в течение 10 мин, после чего отдуевается сжатым воздухом, поступающим через распределительную головку. В головку воздух подается посредством подводящей трубы 7 и канала 8. Сброшенный с патронов осадок падает в зону действия винтовых лопастей и разгружается примерно через каждые 0,5 ч.
5.8.6.	ЭЛЕКТРОЛИЗ ЦИНКА
Ванны ящичного типа используют для электролитического осаждения цинка из растворов сульфата цинка. Ванну изготовляют из кислотоупорного железобетона, внутренние стенки которой футерованы листовым свинцом (или полихлорвинилом, или винипластом). Длина ванн 2,5 - 4, ширина 0,85 - 0,9 и глубина 1,3 - 1,4 м. В них размещают 28 - 32 катода и 29 - 33 анода.
Аноды отливают из свинца с добавлением 1 % серебра, повышающего их коррозионную стойкость. Поверхность анодов может быть рифленой или гладкой, срок их службы до четырех лет.
Катоды выполняют из листового алюминия толщиной 3-4 мм. Расстояние между
282
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рис. 5.8.5. Поточный плавильно-литейный комплекс для переплавки катодного цинка: 1 - разливочная машина; 2 - разливочный черпак, 3 - индукционная печь, 4 - устройство для подъема и загрузки катодного цинка
осями одноименных электродов 58 - 60 мм. Электропитание электродов осуществляется через боковые медные шины. Напряжение, проводимое к ванне, 3,3 - 3,7 В при силе тока 25 кА.
При прохождении постоянного тока через электролит на катоде происходит осаждение цинка по реакции:
2Zn+2 + 4е -» 2Zn<4, а на аноде выделение кислорода:
4ОН- - 4е -» 2Н2О + О2.
Выемку и сдирку катодного цинка проводят один раз в сутки, для чего катоды извлекают, а на их место сразу устанавливают новые. Сдирку катодного цинка проводят на катодосдирочных машинах.
В процессе электролиза выделяется значительное количество теплоты и для поддержания оптимальной температуры электролита 33 - 38 °C предусмотрено его охлаждение либо централизованно вне ванн, либо индивидуально непосредственно в ваннах.
Преимущество электролитического способа - возможность получать металл высокой чистоты, содержащий не менее 99,99 % Zn.
5.8.7.	ПЛАВКА КАТОДНОГО ЦИНКА
Индукционные печи. Катодный цинк не пригоден для непосредственного использования и его переплавляют в чушки определенной формы и массы. Плавку осуществляют в индукционных печах с воздушным охлаждением: ИЦК-7, ИЦК-25, ИЦК-40, ИЦ-20 и ИЦ-40.
Индукционная печь представляет собой трансформатор, первичной обмоткой которого является индуктор, вторичной - расплав цинка в кольцевом канале, расположенном ниже уровня ванны. Переменный электромагнитный поток создается индуктором в замкнутой магнитной цепи - магнитопроводе. Расплав, находящийся в кольцевом канале, служит вторичной обмоткой. Под действием тока, индуктируемого в металле, последний нагревается до температуры 800 - 850 °C и выталкивается из канала. На его место поступает цинк из ванны с более низкой температурой. В результате между каналом и ванной печи устанавливается циркуляция расплава.
Плавильно-литейный комплекс для пере-плавления катодного цинка приведен на рис. 5.8.5. Печь загружают через верхний бункер по мере снижения уровня расплава в зумпфовом отделении. Цинк разливают в чушки массой 20 кг на прямолинейных разливочных машинах и машинах карусельного типа (рис. 5.8.5). Температура разлива цинка 450 - 460 °C. Все разливочные машины снабжены механическими штабелеукладчиками.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Белявская Л. В., Вольдман Г. М., Зе-ликман А. Н. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Металлургия, 1983. 283 с.
2.	Зайцев В. Я., Маргулис Е. В. Металлургия свинца и цинка. М.: Металлургия, 1985. 315 с.
3.	Спурников А. П. Гидрометаллургия цинка. М.: Металлургия, 1981. 180 с.
Раздел 6 ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
Глава 6.1
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
6.1.1. ЛИСТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
Эффективность литейно-прокатных агрегатов (ЛПА). Широко распространенное в мировой практике производство горячекатаных листов на широкополосных прокатных станах из непрерывно-литых слябов толщиной 200 - 250 мм считалось наиболее эффективным до конца 70-х гг. (XX в.). Традиционный производственный комплекс состоит из сталеплавильного цеха с отделением непрерывного литья и непрерывного широкополосного стана горячей прокатки. Этот комплекс требует крупных капитальных затрат, больших производственных площадей, длительного времени для выполнения строительных работ и поставки оборудования. Обычно он сооружается в составе металлургических заводов с полным металлургическим циклом, содержащим также агло-коксодоменное производство.
Эффективность такого производства возможна только при больших объемах производства - порядка 5-6 млн. т в год. Например, на Новолипецком, Череповецком и Магнитогорском металлургических комбинатах широкополосные прокатные станы 2000 снабжаются слябами от пяти 2-ручьевых слябовых МНЛЗ. Производительность каждого стана примерно 6 млн. т в год. Суммарная масса механического оборудования отделения непрерывного литья и стана превышает 90 тыс. т.
Сооружение подобных комплексов продолжается многие годы, причем до полного завершения строительства комплекса и его освоения вложенные инвестиции не окупаются. При большой производительности необходимо большое число МНЛЗ (порядка 4-6 ручьев), что затрудняет организацию горячего посада слябов в печи прокатного стана, и поэтому расходуется много топлива на подогрев слябов перед прокаткой. Сосредоточение производственных мощностей, характеризуемых большими объемами тепло- и газовыделения, требует строительства мощных очистных сооружений, что еще в большей степени удоро
жает создание традиционных комплексов и увеличивает производственные издержки.
Очевидно, что наибольшего эффекта как экономического, так и экологического можно достичь благодаря развитию производства в двух направлениях:
приближение поперечного сечения непрерывно-литой заготовки к сечению готового проката;
максимальное использование для последующей прокатки первородной теплоты непрерывно-литой заготовки, затраченной на эту заготовку в сталеплавильном агрегате.
Оба эти фактора могут быть реализованы на литейно-прокатном агрегате, который состоит из следующего оборудования:
тонкослябовой МНЛЗ;
проходной подогревательной печи для выравнивания температур по сечению и длине выходящего из МНЛЗ горячего сляба;
чистовой непрерывной группы клетей; моталки.
Для того, чтобы обеспечить согласование скорости вытягивания сляба из МНЛЗ с более высокой скоростью прокатки, выходящие из МНЛЗ тонкие слябы режут на длины, соответствующие получению рулона требуемой массы. Таким образом, проходная печь одновременно является компенсатором разницы скоростей выхода сляба из МНЛЗ и входа в первую клеть прокатного стана.
На рис. 6.1.1 приведены схемы комплексов для получения горячекатаных листов обычным и новым способами.
От обычной слябовой МНЛЗ, на которой производят слябы толщиной 200 - 250 мм, тонкослябовая МНЛЗ в составе литейнопрокатного агрегата отличается толщиной получаемых слябов - 40 - 60 мм, а также повышенными скоростями вытягивания сляба -порядка 5-6 м/мин (обычные слябы отливают со скоростью 1-1,5 м/мин). Производительность машин для литья тонких и обычных слябов должна быть примерно одинаковой, так как в противном случае тонкослябовая МНЛЗ не сможет работать в комплексе с высокопроизводительным сталеплавильным агрегатом, что определяется необходимостью обеспечения разливки большегрузных плавок в технологически приемлемое время.
284
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
б)
Рис. 6.1.1. Схема комплексов для производства горячекатаных листов:
а - традиционная: 1 - слябовые МНЛЗ; 2 - склад слябов; 3 - нагревательные методические печи;
4 и 5 - группы широкополосного стана, соответственно, черновая и чистовая; 6 - моталки;
б - ЛПА фирмы SMS: 1 - тонкослябовая МНЛЗ; 2 - ножницы; 3 - проходная печь;
4 - непрерывная группа прокатных клетей; 5 - моталка
Выбор МНЛЗ. В слябе толщиной 50 мм при скорости литья 5,5 м/мин протяженность жидкой фазы составляет 4,7 - 5 м, в то время как литье на обычных слябовых МНЛЗ приводит к образованию жидкой фазы в слябе протяженностью 30 м и более. При выборе типа обычной МНЛЗ протяженность жидкой фазы является определяющей. От нее зависит высота здания, конструкция и масса оборудования МНЛЗ. Замена вертикальных МНЛЗ на радиальные и криволинейные была обусловлена именно стремлением увеличения протяженности жидкой фазы для повышения скорости литья.
Малая протяженность жидкой фазы позволяет выбрать для литья тонких слябов МНЛЗ вертикального типа с изгибом слитка. Такой тип МНЛЗ имеет достаточно малую, по сравнению с обычной слябовой машиной, высоту, что не создает дополнительных трудностей, связанных с высотой здания, упрощает заливку металла, конструкцию кристаллизатора, условия его контроля и настройки, а также позволяет выдавать сляб в горизонтальной плоскости для подачи в проходную печь. Кроме того, при этом типе МНЛЗ существенно упрощаются конструкция затравки и связанные с ней технологические операции. Исходя из этих соображений, на большинстве промышленных листовых литейно-прокатных агрегатов для производства тонких слябов применяют машины вертикального типа с изгибом сляба по дуге окружности в горизон
тальную плоскость после полного затвердевания.
Тонкослябовый кристаллизатор. Определяющей проблемой в технологии непрерывного литья тонких слябов является заливка жидкого металла в кристаллизатор. Для успешного решения этой проблемы необходимо иметь в виду следующие исходные факторы: для обеспечения требуемой производительности, возможности разливки большегрузных плавок современных сталеплавильных агрегатов в технологически допустимое время при литье сляба 50 х 1550 мм со скоростью 5 -5,5 м/мин необходимо обеспечить расход жидкой стали через заливочный стакан порядка 3,5 т/мин; при площади сечения выпускного отверстия 10 см2 это соответствует скорости истечения 8 м/с;
для стабильности процесса литья, получения требуемого качества поверхности и макроструктуры непрерывно-литых тонких слябов заливку металла необходимо проводить под уровень мениска с защитой его поверхности синтетическими шлаками;
состояние шлака на мениске в кристаллизаторе определяет стабильность процесса литья и качество поверхности слябов; состояние шлака зависит от температуры и подвижности поверхности ванны; на оба эти фактора оказывает влияние гидродинамика потоков жидкого металла в кристаллизаторе у мениска под воздействием заливочной струи.
ЛИСТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
285
Существуют различные конструкции тонкослябовых кристаллизаторов. Например, ПО "Уралмашзавод", а также фирмой "Маннесманн-Демаг" (Германия) предложен тонокослябовый кристаллизатор с постоянным по высоте прямоугольным поперечным сечением (рис. 6.1.2). На ПО "Уралмашзавод" разработан такой кристаллизатор для МНЛЗ вертикального типа. В нем осуществляют заливку жидкого металла открытыми струями с помощью шестистопорного промежуточного ковша. Для защиты открытых струй металла и мениска от вторичного окисления устье кристаллизатора герметизируют, используя камеру с инертным газом. Такая камера установлена на созданной АХК ВНИИМЕТМАШ МНЛЗ радиального типа, на которой получают слябы сечением 50 х 300 мм. Машину эксплуатируют на Электростальском металлургическом заводе (Россия).
Схема кристаллизатора и заливочного устройства фирмы "Маннесманн-Демаг" приведены на рис. 6.1.3, литейно-прокатный агрегат этой же фирмы - на рис. 6.1.4.
Сечение отливаемого сляба 60 х1300 мм. Его обжимают в твердожидком состоянии до толщины примерно 25 - 40 мм в МНЛЗ /, затем разрезают ножницами 3, подогревают в индукционной проходной печи 4 и сворачивают в рулон на двухкамерной моталке 5 в печи. Одна камера поочередно принимает сляб из МНЛЗ, а другая в то же время выдает сляб в прокатный стан. Эта схема, по мнению
фирмы, позволяет сократить длину агрегата и занимаемые производственные площади. Прокатка сляба осуществляется в черновой 2 и чистовой 6 группах клетей, окончательная смотка - в моталке 7.
Наиболее широкое применение с хорошими производственными показателями в металлургической практике получила конструкция тонкослябового кристаллизатора с приемной заливочной воронкой и форматообразующей выпускной зоной (рис. 6.1.5, а). Такие кристаллизаторы применительно к МНЛЗ вертикального типа параллельно и независимо разрабатывают фирмы SMS (Германия) и АХК ВНИИМЕТМАШ.
Разработка воронкообразного кристаллизатора стала необходимой в связи с созданием технологического процесса и оборудования, элементы которого находятся в области наименьшего эксплуатационного риска. Сочетание в кристаллизаторе воронкообразного расширяющегося приемника и плоской форматообразующей зоны позволяет обеспечить нормальные, близкие к хорошо освоенным процессы:
заливку металла в кристаллизатор с применением погружного стакана и защиту мениска слитка синтетическими шлаками;
вытягивание и удержание слитка, а также охлаждение его корки под кристаллизатором в направляющих секциях зоны вторичного охлаждения.
Рис. 6.1.2. Схема кристаллизатора и заливки жидкого металла на тонкослябовой МНЛЗ Уралмашзавода:
1 - кристаллизатор; 2 - промежуточный ковш; 3 - стопор;
4 - герметизирующая камера; 5 - сталеразливочный ковш
286
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
Рис. 6.1.3. Схема кристаллизатора и заливочного устройства тонкослябовой МНЛЗ фирмы "Маннесманн-Демаг": а - схема заливки стали в кристаллизатор; б - погружной стакан;
1 - кристаллизатор; 2 - погружной стакан; 3 - промежуточный ковш; 4 - стопор
Рис. 6.1.4. Литейно-прокатный стан фирмы "Маннесманн-Демаг"
ЛИСТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
287
Рис. 6.1.5. Тонокослябовый кристаллизатор с приемной воронкой:
1 - приемная воронка; 2 - форматообразующий участок, 3 - заливочный стакан; 4 - сляб
Оснащенные кристаллизатором с приемной воронкой МНЛЗ нашли широкое промышленное применение.
Элементы кристаллизатора. Тонкослябовый кристаллизатор, как и обычный слябовый, собирают из двух широких и двух узких рабочих стенок, выполненных из сплавов на основе меди и стальных корпусных стенок, снабженных каналами для циркуляции охладителя. Широкие рабочие стенки имеют сложную криволинейную поверхность, образующую плавные переходы от криволинейного воронкообразного к форматообразующему плоскому участку.
Кристаллизатор фирмы SMS (см. рис. 6.1.5, б) имеет криволинейную поверхность, образованную в сечениях горизонтальными плоскостями двумя сопряженными отрезками дуг окружностей. Радиусы R окруж-ностей для каждого сечения одинаковы и зависят от ширины В криволинейного участка и стрелки а кривой, которая линейно уменьшается от некоторого значения на верхнем торце кристаллизатора до нуля на линии перехода в плоский участок.
Широкие рабочие стенки кристаллизаторов SMS выполняют из толстостенных медных плит с переменной толщиной - 55 - 125 мм. Криволинейную рабочую поверхность выполняют фрезерованием или строганием плиты. Отверстия для циркуляции охлаждающей воды сверлят навстречу друг другу от двух торцев, причем в зоне полости отверстия располагают под различными углами (0 - 3,5*?) к вертикали группами с интервалом 0,5 - Г*.
Исходные данные для создания кристаллизатора и заливочных устройств получены благодаря теоретическим и экспериментальным исследованиям струй жидкого металла в ванне воронкообразного тонкосля-бового кристаллизатора, которые проводились на специальном стенде конструкции АХК ВНИИМЕТМАШ им. А. И. Целикова. На основании этих исследований разработана оптимальная форма воронкообразного кристаллизатора, уменьшающая вероятность образования трещин в корке сляба; результаты же лабораторных исследований использованы при создании конструкции опытно-промышленного воронкообразного кристаллизатора сечением 50 х 600 мм, прошедщего испытания в НПО ’Тулачермет". Результаты, полученные при опытных плавках, учтены при создании опытно-Нромышленной машины для слябов 50 х 1350 мм, разработанной ПО "Уралмаш", АХК ВНИИМЕТМАШ и ПО "Южуралмаш".
Отличительная особенность кристаллизатора конструкции АХК ВНИИМЕТМАШ (см. рис. 6.1.5, б) - синусоидальная форма кривых, образующих в сечении горизонтальными плоскостями рабочую поверхность стенки кристаллизатора. Для этих синусоид характерны постоянная ширина В криволинейной полости по высоте кристаллизатора и углубление а, линейно уменьшающееся от некоторого значения на верхнем торце кристаллизатора до нуля на линии перехода в форматообразующий участок (величины В и а см. на рис. 6.1.5).
Преимущество кристаллизатора такой формы - более равномерное (плавное) изменение кривизны по ширине кристаллизатора; геометрическая кривая, образующая воронкообразную рабочую поверхность, представляет непрерывную функцию, кривая на кристаллизаторе SMS претерпевает разрыв в двух точках. Это дает основание предположить, что при вытягивании сляба корка на криволинейном участке подвергается действиям меньших напряжений, чем в кристаллизаторе фирмы SMS.
Возможность вытягивания сляба с затвердевшей коркой и жидкой сердцевиной из воронкообразного кристаллизатора основана на природном свойстве усадки стали при
288
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
охлаждении и кристаллизации, т.е. на уменьшении линейного размера (ширины) сляба. В связи с этим геометрия криволинейной поверхности стенки кристаллизатора должна быть такой, при которой разность длин широкой стороны сляба (по периметру) на уровне мениска металла и на уровне начала форматообразующего участка (конца воронки) была бы близка к значению линейной усадки стали. Если эта разность превысит значение усадки, то между узкими боковыми поверхностями формирующегося сляба и боковыми поверхностями кристаллизатора образуется увеличенный зазор, резко снижающий тепловой поток от корки сляба через стенку кристаллизатора к охладителю, что приводит к расплавлению корки и прорыву металла. Если же разность меньше значения усадки, то процесс вытягивания будет затруднен либо вообще невозможен из-за заклинивания сляба методу узкими стенками кристаллизатора.
Агрегаты с тоикослябовой машиной непрерывного литья (ТС МНЛЗ) фирмы SMS (см. рис. 6.1.1, б) предназначены для литья слябов сечением 50 х (1000 -г- 1600) мм. Их производительность - до 1 млн. т в год горячекатаного листа шириной 1000 - 1600 мм. Такие агрегаты сооружены в США и сроятся фирмой SMS в Мексике, Италии и на Тайване. Суммарная проектная производительность агрегатов -более 20 млн. т в год.
С целью дальнейшего повышения эффективности работы агрегата и лучшего использования прокатного стана на всех заводах США проводят реконструкцию агрегатов с установкой второй МНЛЗ, второй проходной печи и печной поперечной тележки для передачи слябов с двух ручьев в один прокатный стан. Это позволяет увеличить производительность агрегата вдвое (до 1,5-2 млн. т в год) с одновременным уменьшением удельных издержек производства на 30 - 40 %.
Сопоставление экономических показателей нового и традиционного способов производства, выполненное американской фирмой "Пайне Вебер", показало, что новый способ обеспечивает снижение себестоимости продукции на 20 % по сравнению с ее себестоимостью в случае производства традиционным способом.
Экономию получают в результате снижения затрат: топлива на нагрев сляба и энергии на прокатку, амортизационных отчислений благодаря меньшим удельным капитальным затратам (примерно на 20 %), а также расходов на заработную плату.
Структура слябов. В отличие от слябов толщиной 200 - 250 мм, полученных традиционным способом, непрерывно-литые слябы толщиной 50 - 60 мм, производимые с повы
шенными скоростями вытягивания имеют улучшенную мелкозернистую макроструктуру, не содержащую крупных дендритных образований и улучшенное качество поверхности. Эти особенности позволяют получать листы с требуемыми качеством поверхности, макро- и микроструктурой и механическими свойствами без промежуточной зачистки поверхности сляба и при меньших обжатиях.
Температурный режим литья и прокатки в ЛПА. В установившемся режиме производства при скорости разливки 5,5 м/мин тонкий сляб поступает в печь с роликовым подом со средней температурой 1080 °C, а выходит из нее с температурой 1100 °C, т.е. Haipee осуществляется всего на 20 °C. Таким образом, необходимая для процесса прокатки тепловая энергия почти полностью покрывается количеством теплоты, которое содержится в отливаемом слитке.
Высокий уровень температуры на выходе из разливочной машины достигается благодаря тому, что при полной рабочей скорости жидкая фаза в сердцевине тонкого сляба заканчивается лишь перед самым вытягивающим устройством.
О распределении отдельных потоков энергии при получении сляба на ТС МНЛЗ дает представление энергетический баланс всего процесса (рис. 6.1.6). В кристаллизатор вместе с жидкой сталью поступает количество теплоты, принятое за 100 %. Из этого количества 35,6 % теплоты отбирается при охлаждении с целью обеспечения затвердевания стали. Затем, в связи с вторичным охлаждением и контактом с роликами вытягивающего устройства до входа в печь и роликовым подом, теряется 10,3 % энергии. Остаточная теплота, составляющая еще 54,08 %, обеспечивает входную температуру 1080 °C, которая почти соответствует требуемой выходной температуре 1100 °C. Для компенсации потерь теплоты печи (2,5 %), обусловленных охлаждением роликов, необходимо подвести 7,2 % теплоты.
Анализ приведенного баланса показывает, что в проходной печи дополнительно расходуется всего 7,17 % первоначального теплосодержания стали, т.е. примерно 26 кВт • ч/т. По данным фирмы "Даниели" (Италия) при холодной садке заготовок в подогревательные печи перед прокаткой расходуют энергии до 405 кВт • ч/т, т.е. в 15 раз больше. Перед входом заготовки в первую прокатную клеть теряется 3,75 % теплоты в результате излучения и в процессе гидросбива окалины. Затрачиваемая на прокатном стане энергия деформации (11,8 %) сопоставима с энергией деформации при получении слябов обычным методом. Потеря теплоты при охлаждении на прокатной линии и контакте с валками составляет в общем 18,5 %.
СОРТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
289
Разливка
Участок затвердевания
_ 155О'С
Сталь В кристаллизаторе 7007. \
'бЬ.зГА
НИ кДж/кг ”564, /в кВт' ч/т
Охлаждение кристаллизатора Вторичное охлаждение
0,637»^ Излучение
5,03*А з— Контакт с роликами
Расход теплоты Печь
Рекуперативный „	возврат у
Компенсация	.	а||
।	1,3 ЗЛ |11
Отработанный газ—227%-Охлаждение роликов—2,5771 Потери на стенках—7,45%
7J77.
7080 *С
54,08%
8.777»"— Излучение
7,52 %»- Контакт с роликами
ГА
Электрическая______
знергия-И7Д4' Прокатами ста
ПО О'С 55~08%
Толщина тонкого сляба 50мм Ширина тонкого сляба 7600мм Скорость разливки 5,5м/мин Толщина горячекатаной полосы Материал Число клетей
2,8 мм Сталь 45 5
Прокатка
Редуктор прокатной клгти~0,57% Промежуточное* охлаждение_________
Контакт с валками— 74 7»
3,75“А — Удаление окалины 2,0’А — Излучение
Охлаждение
__ ввтРс j44,7% 550°C
24% Моталка
20,77—Ламинарное ------охлаждение
Рис. 6.1.6. Баланс энергии одноручьевого агрегата
6.1.2. СОРТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
6.1.11. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Перспективное направление в развитии металлургического производства - сооружение комплексов для выпуска небольших партий арматурного и фасонного сортового проката, а также катанки и заготовок для нужд отдельных предприятий или территориальных регионов.
Создание совмещенных сортовых агрегатов для черных металлов и специальных сплавов связано с решением ряда сложных технических проблем - разработкой технологии получения бездефектных непрерывно-литых заготовок и обеспечением требуемой температуры заготовки на выходе из МНЛЗ, что необходимо для процесса прокатки, а также с решением вопроса сочетания малой скорости вытягивания заготовок на МНЛЗ с высокими скоростями прокатки.
10 Зак 108
Существует два основных способа совмещения на сортовых ЛПА:
обжатие непрерывно-литой заготовки при наличии в ее осевой зоне жидкой фазы;
обжатие полностью затвердевшей заготовки.
Обжатия непрерывно-литых заготовок с жидкой сердцевиной проводили на ЛПА следующих компаний: "Белер" (Австрия), "Мицубиси" (Япония), "Инленд Стил" и "Юнайтед Стейтс Стил" (США) и др. Эти работы показали, что прокатка заготовок с жид>* кой сердцевиной не обеспечивает получение продукции с необходимым стабильным качеством и реализация этого метода в настоящее время затруднительна.
ЛПА с обжатием полностью затвердевшей заготовки работают на ряде заводов США, Германии, Японии и др. В Германии на заводе "Бадише Штальворке" работает 4-ручьевая
290
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
радиальная МНЛЗ со встроенными клетями для обжатия полностью затвердевшего слитка. На МНЛЗ отливают слитки толщиной 93 и шириной 130 - 145 мм с последующим их обжатием до 100 х 100 мм.
В США фирмой "Норт Стар" построен 3-ручьевый совмещенный агрегат, на котором в каждом ручье установлены две прокатные клети. На МНЛЗ отливают слитки сечением 185 х 185 мм из углеродистой и низколегированной сталей, выплавляемых в 55-тонных электропечах, и прокатывают их до сечения 140 х 140 мм.
Фирмой "Юнайтед Стойте стил" (США) на заводе "Саут Воркс" введен в эксплуатацию сортовой ЛПА. 4-ручьевую радиальную МНЛЗ снабжают металлом из конвертеров вместимостью 150 т. Сечение кристаллизаторов 190 х 190 мм. Перед входом в зону прокатки заготовки подогревают в индукционных печах. Обжатие заготовки в каждом ручье осуществляется восемью парами валков, обеспечивающих обжатие заготовки до квадрата 100 мм.
На заводе "Иокогава Стил воркс" (Япония) введен в эксплуатацию литейнопрокатный агрегат, состоящий из 2-ручьевой МНЛЗ, на которой отливают квадратные слитки сечением 125 х 125 мм, прокатываемые на заготовки сечением 90 х 90 мм. Перед прокатной группой клетей расположена печь для выравнивания температуры слитка, представляющая собой футерованную трубу, снабженную газовой горелкой.
Оборудование для обжатия непрерывнолитой заготовки при совмещении процессов подразделяют на две группы:
оборудование с малой (20 - 40 %) степенью обжатия за один проход - 2-валковые клети;
оборудование с высокой (более 60 %) степенью обжатия за один проход - планетарные станы и станы поперечно-винтовой прокатки.
Современные сортовые МНЛЗ, благодаря новым техническим решениям, обеспечивают скорость литья заготовок 3-5 м/мин, что близко к минимальной скорости прокатки на стане 4-6 м/мин. Скорость литья увеличена на МНЛЗ с движущимся кристаллизатором, обеспечивающим скорость выхода заготовки до 6 м/мин.
Опытно-промышленный совмещенный агрегат, состоящий из двух поочередно работающих наклонных конвейерных МНЛЗ и непрерывного 7-клетевого заготовочного стана с чередующимися горизонтальными и вертикальными клетями для выпуска заготовок, созданный ПО "Южуралмаш", АХК ВНИИМЕТМАШ и ЦНИИЧЕРМЕТ, был установлен на Омутнин-ском металлургическом заводе. Однако, на этом агрегате не решена полностью проблема
надежности работы МНЛЗ из-за низкой стойкости конвейерных лент, разгара стыков изложниц, что отрицательно сказывалось на качестве заготовок и проката. С целью получения круглой трубной заготовки в АХК ВНИИМЕТМАШ разработан и сооружен опытный совмещенный агрегат, состоящий из радиальной МНЛЗ и непрерывной обжимной прокатной группы с 3-валковыми клетями.
В МНЛЗ применен кристаллизатор для получения трефовидного сечения. Заготовки такого сечения затвердевают в 1,3 раза быстрее заготовок квадратного сечения ив 1,7 раза быстрее заготовок круглого сечения. При этом они обладают меньшей склонностью к трещинообразован ию. Трефовидная (треугольная) форма сечения заготовки хорошо сочетается с 3-валковыми клетями прокатного стана.
На агрегате освоено получение трубных заготовок диаметром 48 и 74 мм, из которых в условиях Первоуральского новотрубного завода прокатана партия труб сечением 73 х 5 мм. Качество труб соответствует всем требованиям ГОСТа. В АХК ВНИИМЕТМАШ разработаны также проекты промышленных совмещенных ЛПА для производства до 200 тыс. т в год круглых трубных заготовок диаметром 150 мм.
6.1.2.2.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ АГРЕГАТ С ПЛАНЕТАРНЫМ СТАНОМ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ
Агрегат для производства катанки (спроектирован АХК ВНИИМЕТМАШ, Московским государственным техническим университетом им. Н. Э. Баумана и установлен на Электростальском металлургическом заводе) является первой в мире установкой прямого совмещения непрерывного литья стали с прокаткой.
Состав агрегата: МНЛЗ, сортовой планетарный стан, группа чистовых клетей и моталка. Наиболее оригинальной частью агрегата является планетарный стан (рис. 6.1.7) системы А. И. Целикова и В. В. Носаля. В отличие от известных планетарных станов для прокатки листа, в этом стане обжатие заготовки проводят в двух взаимно перпендикулярных плоскостях рабочими валками 1, собранными в четырех сепараторах 2.
Сепараторы соединены между собой зубчатыми передачами так, чтобы рабочие валки горизонтальных и вертикальных сепараторов поочередно обжимали заготовку 3. В планетарную клеть заготовка направляется подающей клетью, которая гасит в себе знакопеременные силы, возникающие от планетарной клети. Подающая вертикальная 2-валковая клеть 500 с консольными валками расположена на одной общей станине с планетарной клетью.
СОРТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
291
Преимущества планетарной схемы прокатки:
деформация металла может быть сколь угодно большой благодаря периодическому обжатию заготовки; на заводе в г. Электростали обычно из заготовки 60 х 80 мм получают квадрат 12 мм (на рисунке показана пирамида деформации); коэффициент вытяжки X = 33;
вследствие большой дробности и довольно малой величины частных обжатий происходит интенсивное измельчение зерен металла, что определяет, во-первых, более высокие служебные свойства, и во-вторых, позволяет прокатывать на стане труднодеформируемые и даже очень хрупкие сплавы, не поддающиеся деформации в обычных прокатных станах;
возможна низкая скорость входа заготовки в планетарный стан, хорошо согласуемая с достигнутыми скоростями непрерывного литья заготовок, что и позволяет совмещать эти процессы.
Расчет сил и моментов планетарного стана приведен в работах [2, 7, 8].
Оборудование ЛПА с планетарным станом (рис. 6.1.8). На машине непрерывного литья радиального типа (радиус 3000 мм) получают заготовки сечением 60 х 80 мм со скоростью 2-4 м/мин. За машиной устанавливают летучие ножницы для отрезки переднего конца заготовки, затем - индукционную печь мощностью 500 кВт для подогрева и выравнивания ее температуры. В подающей клети планетарного стана заготовка обжимается до квадратного сечения, в планетарной клети - до сечения 12 х 12 мм. В группе клетей продольной прокатки из подката формируется катанка или строительная арматура диаметром 8 - 12 мм, сматываемая в бунты диаметром 1000 мм. Скорость выхода металла 1,1 - 2,2 м/с.
На агрегате прокатывают, главным образом, высоколегированные железохромоалюми-ниевые сплавы и коррозионно-стойкие стали.
Расчетная производительность агрегата -до 50 тыс. т в год. Масса основного оборудования 260 т.
6.1.2.3.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ С КЛЕТЯМИ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
ЛПА с клетями винтовой прокатки. В качестве агрегата, обеспечивающего высокую первоначальную вытяжку (X = 5 - 7), используют 3-валковую клеть винтовой прокатки. Деформация литой заготовки в этих клетях (работы выполнены в АХК ВНИИМЕТМАШ и Московском институте стали и сплавов (Технологическом университете)) обеспечивает хорошее качество получаемого проката. Особенность этого процесса - применение круглого литого слитка и его разрезка на заготовки для подачи толкателем в стан, поскольку в процессе обжатия коническими валками в стане заготовкам сообщается вращательное движение относительно оси стана.
Рис. 6.1.8. ЛПА с планетарным станом
10*
292
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
Рис. 6.1.9. ЛПА с клетями продольно-винтовой прокатки
ЛПА с клетями винтовой и продольной прокатки предложен АХК ВНИИМЕТМАШ. На этом агрегате апробировано прямое совмещение в непрерывном процессе винтовой и продольной прокатки, при котором на участке между станами происходит пластическое скручивание заготовки, не вызывающее снижения механических свойств проката, а в ряде случаев приводящее к некоторому повышению его ударной вязкости. Схема ЛПА такого типа приведена на рис. 6.1.9.
Состав оборудования ЛПА: машина 1 непрерывного литья заготовок; индукционный нагреватель 2, загрузочная решетка 3\ толкатель 4\ 3-валковая клеть 5 винтовой прокатки; черновая группа б клетей продольной прокатки; аварийные летучие ножницы 7; чистовая группа 8 клетей продольной прокатки; устройство 9 для термоупрочнения арматуры; летучие ножницы 10 разрезки не мерные длины; устройство 11 для охлаждения и уборки проката.
Техническая характеристика ЛПА с клетями винтовой и продольной прокатки
Отливаемая заготовка:
масса, т............................. 6
диаметр, мм......................... 80
Рабочая скорость литья,	м/мин.....	3,5
Параметры производимой арматуры: диаметр прутков, мм, при классе арматуры:
A-I-A-III.................... 12 - 20
Ат-III-Ат-IV (термоупрочненная) 14-20 длина прутков, м............... 6 - 12
масса пакета, т................ До 5
Годовая производительность, тыс. т	12-30
Масса основного оборудования, т ...	330
в том числе: МНЛЗ................... 80
прокатного стана.................... 250
Суммарная установленная мощность элекгропотребителей, кВт............. 2700
Длина агрегата, м...................... 80
в том числе прокатного стана ....	55
ЛПА с совмещением винтовой и продольной прокаток обеспечивает уменьшение числа клетей на четыре - шесть в непрерывной группе, сокращает массу оборудования и занимаемую площадь.
Мелкосортно-проволочный стан с 3-валковой машиной с высокой степенью обжатия спроектирован на основе принципов совмещения фирмой "Маннесманн-Демаг" (Германия). Чтобы избежать вращения прокатываемой заготовки, планетарный 3-валковый стан выполнен с приводом рабочих валков и орбитального колеса, что обеспечивает обкатку валками заготовки, перемещающейся в осевом направлении.
Размеры (мм) круглой литой заготовки зависят от ее материала:
Сталь заготовки ...
Качественная
Диаметр
Длина ...
200
6200
Трудно-деформи-руемая 120 5300
Сортамент получаемого на стане проката:
Диаметр, мм
Катанка......................... 5	- 14
Мелкосортная сталь: в бунтах......................... 15	- 35
в прутках............. 15 - 75
Нагревательная печь производительностью до 60 т/ч перед 3-валковой машиной работает как с горячей, так и с холодной заготовкой. Общий расход теплоты в печи при нагреве заготовки до температуры 1060 -1100 °C зависит от того, какой была температура заготовки перед ее поступлением в печь:
Температура заготовки перед поступлением в печь, °C....	20	500	700
Общий расход теплоты,
ГДж/т.......	1,36-1,40 0,8 - 1,0 0,55-0,80
СОРТОВЫЕ ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
293
6.1.2.4.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ АГРЕГАТ С МАЛОГАБАРИТНОЙ ОБЖИМНОЙ ГРУППОЙ КЛЕТЕЙ
Литейно-прокатный комплекс (ЛПК) для производства арматурного, сортового и фасонного проката с годовой производительностью одной линии 50 - 150 тыс. т, разработанный АХК ВНИИМЕТМАШ, состоит из сталеплавильного и литейно-прокатного отделений (рис. 6.1.10 и 6.1.11). Характерная особенность комплекса - его компактность. Значительное сокращение занимаемой площади обеспечивает совмещение процессов непрерывной разливки и прокатки в едином ЛПК, что дает возможность исключить газовую нагревательную печь и склад заготовок, а также уменьшить затраты топлива.
Сталеплавильное отделение. В этом отделении применен дуплекс-процесс, при котором в электропечах осуществляют выплавку полупродукта с передачей его для доводки в агрегат комплексной обработки стали (АКОС). Электропечь и АКОС работают на постоянном токе, что позволяет значительно улучшить экономические и экологические показатели производства. На электропечи предусмотрен бесшлаковый выпуск стали.
Очистку газов, образующихся в процессе выплавки и обработки стали в дуговой сталеплавильной печи (ДСП) и АКОС, проводят газоочистителем сухого типа с рукавными фильтрами, что обеспечивает высокую степень чистоты отходящих газов.
Рис. 6.1.10. Схема процесса ЛПК:
1 - машина непрерывного литья заготовок; 2 - тянущее устройство; 3 - гидравлические ножницы;
4- индукционный нагреватель; 5 и 6- группы клетей, соответственно, малогабаритная обжимная и рабочая;
7и 10 - летучие ножницы, соответственно, аварийные и универсальные; 8 - петлеобразователь;
9 - участок клетей чистовой группы; 11 - рольганг; 12 - участок уборки и охлаждения проката
Рис. 6.1.11. План размещения оборудования ЛПК в литейно-прокатном отделении:
1 - дуговая печь постоянного тока; 2 - АКОС;
3 - одноручьевая радиальная МНЛЗ; 4 - мелкосортный прокатный стан;
I- П - помещения соответственно электрооборудования и гидрооборудования;
Ш- VI- помещения соответственно тиристорных преобразователей АКОС, трансформатора и тиристорных преобразователей печи; VII - пост управления ДСП - АКОС;
VIII - пост управления прокатным станом
294
Глава 6.1. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ СТАЛИ
Для обеспечения годовой производительности ЛПА 50 - 100 тыс. т в год устанавливают одну или две электропечи вместимостью 12 т.
Дуговая печь постоянного тока как плавильный агрегат выбрана в связи с более высокими показателями ее работы (см. гл. 5.1.5).
Основные параметры электропечи вместимостью 12 т на постоянном токе:
Номинальная мощность источника питания, МВ • А.................... 10,65
Удельный расход: электроэнергии на расплавление твердой завалки, кВт • ч/т.......	490
графитированных электродов, кг/т	1,5
Агрегат комплексной обработки стали АКОС-12 предназначен для эксплуатации совместно с электропечью для доведения полученного в печи полупродукта до заданных значений химического состава и температуры стали. В агрегате предусмотрено выполнение следующих технологических операций:
нагрев обрабатываемого металла электро-дугой, образующейся при подводе постоянного тока между электродами - верхним и подовым, заложенным в футеровку сталеразливочного ковша;
дозирование присадок в металл - раскислителей, шлакообразующих и легирующих материалов;
введение порошкообразных реагентов в виде проволоки с наполнителем, а также подача алюминиевой проволоки;
перемешивание металла продувкой аргона через пористую пробку в боковой части ковша;
измерение температуры и окисленности металла, взятие пробы;
взвешивание ковша с металлом на стале-возе.
Литейно-прокатное отделение состоит из одноручьевой МНЛЗ (сечения получаемых заготовок 110 х ПО и 125 х 125 мм), индукционного подогревателя, мелкосортного прокатного стана и участка охлаждения и уборки.
Особенность ЛПА - подача непрерывнолитой заготовки от МНЛЗ к прокатному стану с использованием двух технологических схем:
прямое совмещение непрерывного литья и прокатки;
разрезка непрерывно-литой заготовки на части за МНЛЗ и их дискретная прокатка.
При первой схеме необходимо согласование скоростей разливки заготовок и прокатки в клетях стана.
При использовании второй схемы строгого согласования скоростей разливки и прокатки не требуется и скорость прокатки в первой клети стана может быть несколько выше, чем скорость разливки.
Для обеспечения производства готового проката до 100 тыс. т/год предусматривают сооружение одноручьевой МНЛЗ, рассчитанной на отливку заготовок сечением 125 х 125 мм. Скорость разливки 3,5 м/мин.
Непрерывно-литая заготовка после выхода из МНЛЗ поступает в индукционный подогреватель, где происходит подогрев заготовки до температуры прокатки. Затем заготовка поступает в непрерывный прокатный стан.
Мелкосортный прокатный стан установлен непосредственно за МНЛЗ и состоит из следующих участков:
индукционного подогрева заготовок;
черновой группы клетей - восемь чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей;
чистовой группы - шесть горизонтальных клетей;
аварийных и летучих ножниц; охлаждения и уборки проката.
Прокатный стан работает в двух режимах: дискретном - заготовка разрезается ножницами на куски необходимой длины, которые поступают в индуктор для выравнивания температуры и направляются в прокатный стан;
совмещенном - непрерывно-литая заготовка непосредственно от МНЛЗ поступает в прокатный стан через подогревающий индуктор.
В индукторе осуществляется нагрев заготовки от температуры на выходе из МНЛЗ (около 850 °C) до температуры прокатки на входе в стан (около 1200 °C). Нагрев выполняется двумя индукторами, первый из которых постоянно включен на полную мощность, а мощность второго регулируют в зависимости от температуры заготовки на входе и выходе из индуктора, скорости ее перемещения, размеров заготовки и марки отливаемой стали. С этой целью разработан технологический алгоритм управления индуктором.
Расположение Л П К . Этот комплекс может быть построен в месте потребления металла. При этом стоимость готовой продукции уменьшается примерно на 40 % благодаря энергосберегающей технологии, исключения транспортных перевозок и гибкости производства при производстве разных видов сортовой продукции.
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАТАНКИ
295
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Вердеревский В. А., Мерзляков В. Д., Стоша Н. Е. Высокоэффективный литейнопрокатный комплекс // Тяжелое машиностроение, 1995. № 5. С. 4 - 6.
2.	Литейно-прокатный проволочный агрегат / Н. В. Молочников, В. В. Носаль, В. Н. Плугин и др. Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1974. № 36.
3.	Майоров А. И. Основные направления создания литейно-прокатных агрегатов малой производительности // Тяжелое машиностроение, 1995. № 5. С. 2 - 3.
4.	Пасечник Н. В., Протасов А. В., Майоров А. И. О некоторых тенденциях развития металлургии на современном этапе // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5. С. 2 - 5.
5.	Сивак Б. А., Майоров А. И. Литейнопрокатные агрегаты // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5. С. 6 - 9.
6.	Сивак Б. А. Пути повышения эффективности работы кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок // Черная металлургия: Бюллетень, 1996. Выл. 4. 52 с.
7.	Тетерин П. К. Теория периодической прокатки. М.: Металлургия, 1978.
8.	Целиков А. И. Непрерывные процессы в металлургии и машиностроении // В мире науки, 1983. № 12. С. 58 - 70.
Глава 6.2
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
6.2.1.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЕВОЙ И
МЕДНОЙ КАТАНКИ
Общие сведения. Успешному развитию процессов непрерывного литья алюминия, меди и некоторых других цветных металлов в значительной степени способствовала их высокая теплопроводность и достаточно низкая температура плавления. Эти свойства цветных
металлов и обусловили создание первых кристаллизаторов для литъя непрерывных заготовок между литейным колесом и охватывающей его бесконечной лентой. По существующей классификации это кристаллизаторы со стенками, движущимися синхронно с кристаллизующимся слитком.
ЛПА с литейными машинами роторного типа. В 1940 -48 гг. инженером Иларио Про-перци (Италия) была разработана конструкция литейной машины роторного типа, обеспечивающая скорость выхода непрерывно-литого алюминиевого слитка площадью сечения 8 -12 см2 до 8 м/мин. За машиной устанавливали прокатный стан, на котором слиток, непосредственно после литья, прокатывали в пруток (катанку) требуемого диаметра.
Эти установки оказались высокоэффективными в эксплуатации и получили широкое распространение в цветной металлургии. В мировой практике они известны как установки Проперци.
В СССР первый ЛПА такого типа конструкции ВНИИМЕТМАШ был пущен в 1961 г. на Днепровском алюминиевом заводе (Украина).
Параметры ЛПА - площадь поперечного сечения отливаемого слитка 1005 мм2; скорость литья 10 м/мин; диаметр прокатываемой катанки 7,2; 9 и 11 мм; масса сматываемых бухт до 700 кг при плотной укладке витков; производительность более 1,5 т/ч.
Эксплуатация агрегата подтвердила его высокую экономическую эффективность. На Кандалакшском (Мурманская область), Кана-керском (Армения) и Сумгаитском (Азербайджан) алюминиевых заводах были сданы в эксплуатацию три таких же агрегата. Одновременно разрабатывалась конструкция более производительного и механизированного агрегата.
ЛПА второго поколения для производства алюминиевой катанки (рис. 6.2.1) эксплуатируются на Иркутском и Братском алюминиевых заводах (Россия).
Ряс. 6.2.1. Схема ЛПА алюминиевой катанки:
1 - печной участок; 2 - литейная машина; 3 - петлерегулятор; 4 - летучие ножницы;
5 - непрерывный прокатный стан; 6 - аварийные летучие ножницы; 7 - автоматическая двухшпульная моталка;
8 - схемы расположения валков (под углом 120°)
296
Глава 6.2. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Техническая характеристика ЛПА для алюминиевой катанки
Площадь сечения отливаемого слитка, мм2 ............... 2750-3150
Скорость выхода слитка, м/мин...................... 10 - 12
Производительность ЛПА, т/ч 5-6
Диаметр выпускаемой катанки, мм......................... 9; 11,3; 14
Максимальная скорость выхода катанки, м/с............ До 10
Габаритные размеры бухты, мм 800x1300x850
Масса бухты, кг............ До 1300
Установленная мощность приводов (без миксеров), кВт..	600
Печной участок. В СССР ЛПА устанавливали только на заводах, производящих первичный алюминий, что дает значительную экономию энергозатрат при использовании теплоты жидкого металла, получаемого непосредственно из электролизеров. В этом случае печной участок комплектовали двумя миксерами.
Из технологических соображений вместимость каждого из миксеров соответствует 3 - 4 ч непрерывной работы агрегата. Пока из первого миксера, подготовленного соответствующим образом, металл по U-образному желобу самотеком поступает в приемную ванну литейной машины, второй миксер заполняется новой порцией металла. В миксере металл, при необходимости, доводят с помощью добавок до требующегося химического состава, дегазируют, отстаивают, а также доводят его температуру до 700 - 720 °C. После опорожнения первого миксера начинают слив металла в литейную машину из второго, а первый миксер заполняют новой порцией металла. Таким образом достигается многочасовая непрерывная работа агрегата в течение 16 - 20 ч.
При установке агрегата вне электролизного производства печной участок дополнительно комплектуют плавильной печью. Для гарантированного обеспечения непрерывности работы агрегата производительность печи должна превышать производительность собственно агрегата на 10 - 15 %.
Литейная машина роторного типа является одной из основных машин ЛПА (рис. 6.2.2). Машину устанавливают на минимально допустимом расстоянии от выпускных леток миксеров, чтобы уменьшить потери теплоты жидкого алюминия и обеспечить минимальное образование оксидов от контакта расплава алюминия с окружающей атмосферой.
Рис. 6.2.2. Литейная машина роторного типа:
1 - литейное колесо; 2 - приемная ванна;
3 - дозатор; 4 - натяжное колесо;
5 - привод колеса; 6 - стальная бесконечная лента
Кристаллизатор литейной машины образуется кольцевой выточкой на периферии бандажа литейного колеса и охватывающей бандаж бесконечной лентой. Угол охвата бандажа лентой составляет примерно 180°.
Длину активной части кристаллизатора определяют из геометрической зависимости
_ IkRcl
360 ’
где R - радиус бандажа до центра тяжести сечения выточки; а - угол охвата бандажа лентой.
Форма и размеры поперечного сечения периферийной выточки бандажа определяются формой выпускаемой продукции и калибровкой валков прокатного стана.
Требуемая сила прижатия ленты к бандажу обеспечивается червячной парой и пружиной сжатия, воздействующими на кривошип натяжного колеса.
Регулирование поступления металла из приемной ванны в полость кристаллизатора осуществляется игольчатым дозатором или поплавковой системой.
Металл из дозатора поступает в кристаллизатор в точке входа ленты в контакт с ребордами бандажа и выходит из кристаллизатора в виде слитка в точке окончания контакта ленты и бандажа. Стенки кристаллизатора движутся совместно с прилегающей к ним поверхностью кристаллизующегося слитка, что предохраняет ее от растрескивания и обеспечивает высокую скорость литья.
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КАТАНКИ
297
Отвод теплоты, выделяющейся при кристаллизации слитка, осуществляется проточной водой, которую струйно подают на внутреннюю поверхность бандажа и на наружную поверхность ленты в зоне ее контакта с бандажом.
Вращение литейного колеса осуществляется двигателем постоянного тока через понижающий редуктор.
Непрерывно-литой слиток на выходе из кристаллизатора проходит по следящему ролику петлерегулятора, который обеспечивает плавный выход слитка без натяжения и подпора.
Петлерегулятор состоит из рычага, на конце которого установлен ролик. С помощью контргруза или пружины ролик прижимается к проходящему слитку и следит за его положением в пространстве. Ось рычага петлерегулятора связана с датчиком. Обычно это сельсин, который вырабатывает сигнал, управляющий приводом машин агрегата следующих за литейной машиной.
При отклонении скорости работы машин агрегата от скорости литейной машины дуга слитка поднимается или опускается, заставляя подниматься или опускаться следящий ролик, и тем самым, отклоняя ротор сельсина от нейтрального положения, что выдает в систему управления электроприводами машин агрегата сигнал на снижение или повышение частоты вращения приводов.
Ножницы перед прокатным станом выполнены в виде стандартных летучих ножниц барабанного типа. Для согласования окружной скорости ножей со скоростью движения слитка привод ножниц осуществляют от двигателя постоянного тока. Ножницы используют для разрезки слитка на транспортабельные отрезки при начале процесса литья, когда слиток еще не имеет требуемого качества, и при кратковременных остановках на прокатном стане.
Прокатный стан оснащен семнадцатью прокатными клетями с групповым приводом. Клети сгруппированы в три блока по шесть клетей в первом и втором и пять клетей в третьем блоке. На месте шестой клети третьего блока установлены аварийные ножницы барабанного типа.
Крепление клетей к раме обеспечивает съем или установку отдельной клети в линии прокатки в течение 4-6 мин.
Ремонт клетей, смена валков и регулирование калибров осуществляют на отдельном стенде на ремонтном участке.
Приводы валков. Каждый блок клетей со своим раздаточным редуктором
смонтирован на общей раме. Раздаточные редукторы между собой соединены трансмиссионными валами.
Приводом прокатного стана является двигатель постоянного тока, который обеспечивает плавное регулирование оборотов валков прокатных клетей.
Валки. Для достижения деформации прокатываемого слитка, максимально приближенной к объемной, клети выполняют 3-валковыми с расположением валков под углом 120° друг к другу в плоскости, перпендикулярной к оси прокатки.
Расстояние (раствор) между валками, расположенными на наклонных осях вращения, можно изменять на ±(1 ч- 2) мм, что позволяет компенсировать износ валков и выпускать катанку с допусками, предусматриваемыми ГОСТами.
Кали бр овка валков прокатного стана выполнена по системе шестигранник - стрельчатый треугольник -круг. в клетях 1; 3; 5; 7; 9; 11 - шестигранник; в клетях 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16 - стрельчатый треугольник; в клетях 13; 15; 17 - круг.
Для удержания подката трехгранного сечения от скручивания вдоль оси прокатки в нечетных клетях предусмотрены проводки с роликами, профилированными по конфигурации подката. При производстве катанки диаметром 9 мм в работе участвуют все семнадцать клетей: диаметром 11,3 мм - пятнадцать клетей; диаметром 14 мм - тринадцать клетей.
Расчет калибровки проводят из следующих условий:
на непрерывном стане необходимо соблюдение постоянства секундных объемов металла, пропускаемого клетями, т.е. в данном случае, так как клети кинематически жестко связаны между собой, вытяжка в клети должна соответствовать передаточному отношению между соседними клетями;
прокатку необходимо выполнять с натяжением, что практически исключает уширение, но натяжение не должно превышать предела упругости металла;
образующая цилиндра расчетного катающего диаметра должна проходить через центр тяжести поперечного сечения фигуры ручья на прокатном валке.
Аварийные ножницы, установленные непосредственно за семнадцатой клетью, выполнены барабанного типа, их назначение разрезка движущейся катанки на транспортабельные отрезки при кратковременных задержках на моталке или при появлении бракованных участков катанки.
298
Глава 6.2. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Ножницы снабжены переводной проводкой - направляющим желобом, который во время нормальной работы агрегата находится на оси прокатки и направляет катанку в приемный аппарат моталки.
При необходимости аварийного пореза катанки на отрезки желоб под воздействием электромагнита поворачивается на 12° к оси прокатки и заводит катанку в зону реза ножей ножниц. Для прекращения разрезки магнит выключается, а направляющий желоб под действием пружины возвращает катанку на ось прокатки.
Моталка выполнена в виде двух шпуль с вертикальными осями вращения, установленными на поворотной платформе, за которой расположены тянущие ролики и барабанные ножницы. Каждая из шпуль снабжена маятниковым ножом и захватом.
Для улавливания переднего конца катанки поворотная платформа выставляется так, что шпули находятся в плоскости, перпендикулярной к оси прокатки.
Передний конец катанки направляется между шпулями к тянущим роликам и барабанным ножниццм.
Тянущие ролики натягивают катанку между станом и моталкой, это является сигналом для поворота платформы, тем самым одна из шпуль подводится в положение приема катанки ее привод включается в работу.
Катанка, огибая вращающуюся шпулю, попадает под маятниковый нож, которым отрезается часть катанки, ушедшая к тянущим роликам, а поступающая со стана зажимается и наматывается на шпулю.
После намотки заданного числа рядов счетчик рядов выдает сигнал на включение привода второй шпули и обратный поворот платформы, при этом наполненная шпуля выводится в положение разгрузки, а свободная - в положение приема катанки. Эти операции повторяются периодически в течение всей работы агрегата.
Системы охлаждения и смазывания. Для подачи охлаждающей воды на литейную машину, смазки и охлаждения прокатных валков и раздаточных редукторов стана агрегат оснащен соответствующими системами.
Управление ЛПА. Начало литья и прокатки осуществляют при ручном управлении приводами машин - с соответствующих пультов управления. После стабилизации работы, главным образом литья слитка, агрегат переводится в автоматический режим, для чего он имеет в своем составе систему автоматического управления работой электроприводов.
ЛПА для производства медной катанки принципиально не отличаются от агрегатов
алюминиевой катанки, однако в их конструкции учитывают физические и механические свойства меди:
электротехническую медь в современных условиях производят, как правило, электролитическим способом и на агрегат она поступает в виде пластин - катодов, поэтому агрегаты необходимо комплектовать плавильными печами;
в связи с высокой теплопроводностью и химической активностью меди, металлопрово-ды от миксера до литейной машины и ее приемную ванну выполняют с усиленной теплоизоляцией, а их внутренние емкости - защищенными от проникновения воздуха;
перед прокатным станом устанавливают устройство для очистки поверхности слитка от окалины, образующейся при следовании его от литейной машины к прокатному стану;
межклетьевое пространство прокатного стана необходимо защищать от воздействия окружающей атмосферы;
между прокатным станом и сматывающими устройствами устанавливают трубчатую проводку, в которой катанка охлаждается до температуры 75 - 85 °C и на ее поверхности восстанавливается вторичная оксидная пленка, для чего в охлаждающую воду добавляют до 7 % этилового спирта;
на агрегатах, производящих медную катанку, применяют преимущественно, сматывающие устройства, образующие бухты катанки со свободной укладкой витков.
6.2.2.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКИХ ПОЛОС
Бесслитковая прокатка. При традиционном способе получения листа из алюминия и его сплавов, предусматривают отливку из первичного алюминия чушек, расплавление их в электропечах, отливку слитков на машине полунепрерывного литья, разрезку и фрезерование слитков, нагрев и горячую прокатку их на прокатных станах до получения рулонной заготовки, которую можно использовать для дальнейшей переработки. Такой технологический процесс требует сооружения крупных производственных комплексов, оснащенных плавильным оборудованием, установками полунепрерывной разливки слитков, машинами для механической обработки поверхности слитков, печами для их нагрева перед горячей прокаткой и мощными прокатными станами для их прокатки на полосу.
Применение метода бесслитковой прокатки полосы с совмещением процесса разливки и прокатки исключает необходимость в этом дорогостоящем оборудовании, сокращает трудоемкость и длительность производственного процесса, значительно уменьшает единовре
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ШИРОКИХ ПОЛОС
299
менные капитальные затраты и не требует больших площадей, что особенно важно для новостроящихся и реконструируемых заводов.
Для получения широкой полосы из алюминия и его сплавов разработаны агрегаты бесслитковой прокатки с литейными машинами валкового, ленточного и гусеничного типов.
Наибольшее распространение получили валковые литейные машины.
Агрегаты бесслитковой прокатки с валковыми литейными машинами. Первые агрегаты с валковыми литейными машинами для полос из алюминия и его сплавов созданы за рубежом фирмами "Хантер Инжиниринг" (США) и "Лешине" (Франция).
Последние агрегаты фирмы "Пешине" производят полосы из алюминия и его сплавов толщиной 10 и шириной более 2000 мм при производительности более 2,5 т/ч. Полоса сматывается в рулоны массой до 20 т. Схема агрегата фирмы "Пешине" приведена на рис. 6.2.3.
Созданные отечественные агрегаты по основным параметрам можно подразделить на три поколения (табл. 6.2.1).
Одно из основных устройств литейной машины, определяющее надежность ее работы и получение качественной отливки - ее металлопровод, и особенно насадка - та его часть, которая подводит металл в раствор охлаждаемых валков. После длительных исследований АХК ВНИИМЕТМАШ создана насадка, обеспечивающая непрерывную работу агрегата до 130 ч.
Рис. 6.2.3. Схема агрегата валковой литейной машины фирмы "Пешине":
1 - металлопровод; 2 - валки;
3 - тянущие ролики; 4 - ножницы;
5 - полоса; 6 - моталка
Материал охлаждаемого бандажа литейных валков - сталь.
Конструкция и материал насадки, равномерное распределение жидкого металла в растворе валков на ширину 1600 мм, стойкость бандажей и определяют работоспособность всего агрегата.
Технологический процесс производства горячекатаных полос из алюминия и его сплавов на агрегате бесслитковой прокатки АБП-1600 (рис. 6.2.4). Размеры получаемых на АБП полос, мм: ширина 600 - 1650, толщина 6 - 10; масса 16 - 30 т в зависимости от типа моталки. В дальнейшем из этой полосы на станках холодной прокатки прокатывают листы, а так же фольгу.
6.2.1. Параметры агрегатов бесслитковой прокатки с валковыми литейными машинами
Поколение агрегатов	Размеры, мм				Производительность агрегата, т/ч
	валков		отливаемой полосы		
	Диаметр	Длина бочки	Ширина	Толщина	
I	370 и 500	1200	До 1000	5 - 8	До 1,0
II	620	2000	До 1650	6 - 10	До 1,8
III*	950	2000	До 1800	8 - 12	Св. 2,5
* Особенность литейной машины III поколения - вертикальное расположение осей валков и горизонтальная подача металла в валки.
Рис. 6.2.4. Схема агрегата бесслитковой прокатки алюминиевой полосы конструкции ВНИИМЕТМАША:
1 - металлопровод; 2 - валки; 3 - правильная машина; 4 - установка обрезки кромок с тянущими роликами;
5 - ножницы; 6 - правильно-натяжная машина; 7 - полоса; 8 - моталка
300
Глава 6.2. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Технологический процесс бесслитковой прокатки. Расплавленный металл из миксера по желобу через поплавковую систему подается в приемную ванну литейной машины. Из ванны по метал-лопроводу под действием металлостатического давления металл поступает снизу в валки, равномерно растекаясь по их ширине посредством распределительного устройства.
В результате контакта с охлаждаемыми валками жидкий металл кристаллизуется, подвергается горячему деформированию и выходит из валков вверх в виде прокатанной полосы. Затем полоса захватывается специальным устройством, изгибается и подается горизонтально к правильной машине, которая фиксирует полосу в положении .оси отделочной линии агрегата. Между литейной и правильной машинами создается петля, регулируемая пет-лерегулятором, который подает команду на изменение скорости машин отделочной линии. За правильной машиной кромки полосы обрезаются ножами (резцами), расположенными на специальном устройстве, где установлен также кромкокрошитель, делящий кромку на мелкие куски, сбрасываемые в короб.
Протягивание переднего конца полосы для преодоления силы резания при обрезке кромок осуществляется тянущи •< роликами. После захвата полосы моталки эт« сила создается ею. В случае необходимости сразу за тянущими роликами полоса может быть разрезана на части летучими ножница] и.
За летучими ножницами полоса по промежуточному столу подается в правильнонатяжную машину, создающую натяжение при смотке полосы в рулоны. Из правильнонатяжной машины полоса попадает на моталку.
Моталки могут быть двух типов - барабанные с намоткой рулонов на барабан весом до 16 т и шпульные с намоткой рулонов до 30 т. При работе без петли (с натяжением) натяжное устройство разводлтся и полоса свободно проходит через него. По окончании намотки рулона определенного развеса полоса разрезается, конец сматывается на повышенной скорости, а готовый рулон тележкой-съемником снимается с барабана (или вместе со шпулей) транспортируется на дальнейшую переработку.
В период съема рулона технологичес чй процесс продолжается с той же скоростью в результате накопления петли и свободного пространства между ножницами и моталкой, образованного за счет ускоренной смотки заднего конца рулона.
Автоматизация процес-с а. Технологический процесс на агрегате ведется автоматически. При этом существуют следующие автоматические системы контроля и регулирования, обеспечивающие автоматическое ведение процесса:
поддержания уровней металла в подводящем желобе и приемной ванне;
регулирования скорости транспортирования полосы в отделочной линии;
контроля температуры отливаемого металла: охлаждающей воды с подачей звуковых и световых сигналов в случае нарушения заданных параметров технологического процесса.
Конструкция машин агрегата. АБП для производства алюминиевых полос БП-1600 содержит следующие машины и устройства, необходимые для осуществления технологического процесса получения из расплавленного алюминия полосы в рулонах массой 16 и 30 т непосредственно.
Литейная машина - 2-валковая прокатная клеть с валками, расположенными в горизонтальной плоскости, и с устройством для подачи металла снизу.
Привод валков осуществляют от электродвигателя постоянного тока через цилиндрический редуктор, шестеренную клеть, шпиндели.
Прокатная клеть выполнена предварительно напряженной конструкции и состоит из станины, рамы, на которой устанавливают станину, рабочих валков с подушками, гидравлического нажимного устройства, металлопровода, тележки для установки металлопровода, механизма подъема тележки с металлопрово-дом, петлерегулятора и узла технологической смазки.
Водоохлаждаемые валки - основной узел литейной машины. В них из жидкого металла формируется полоса. Валок состоит из стального стержня и бандажа, напрессованного на стержень с большим натягом. По системе радиальных отверстий и кольцевых канавок, выполненных в стержне валка, вода поступает к бандажу и охлаждает его. Конструкция системы охлаждения валка позволяет изменять интенсивность охлаждения бандажа с помощью поворотного коллектора с уплотнительными планками, которые ограничивают зоны подвода и отвода охлаждающей воды.
Валки установлены в подушках на сферических роликоподшипниках. Расстояние между валками выставляется с помощью установочных винтов между подушками.
Металлопровод, предназначенный для подачи жидкого металла от миксера к валкам литейной машины, состоит из приемной ванны, промежуточной трубы, распределительной коробки и насадки.
Исследование влияния положения насадки в растворе валков на качество полосы выявило необходимость регулирования положения насадки не только при настройке процесса, но и во время прокатки. Регулирование положения насадки относительно валков позволяет устранять появляющуюся серповид-ность.
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УЗКИХ ПОЛОС
301
Отделочная линия агрегата расположена сразу за литейной машиной и состоит из стрелы с механизмом передвижения, машин: 5-роликовой правильной, для обрезки кромок, летучих гидравлических ножниц, правильно-натяжной, а также моталки.
Стрела предназначена для транспортирования переднего и заднего концов полосы, отливаемой вверх по вертикали в отделочную линию, расположенную в горизонтальной плоскости
Пятироликовая правильная машина предназначена для правки переднего конца полосы и транспортирования ее к тянущим роликам. Кроме того, машину используют в аварийных ситуациях, в реверсивном режиме для удаления полосы из отделочной линии.
Машина для обрезки кромок состоит из тянущих роликов, двух боковых кареток с режущими ножами и кромкокрошителями.
Тянущие ролики, расположенные за кром-кокрошителем, служат для протягивания полосы через ножи и подачи ее на моталку.
Гидравлические летучие ножницы, расположенные за машиной обрезки кромок, предназначены для отрезки переднего и заднего концов полосы, а также ее разрезки на листы "на ходу" без остановки машин. В процессе резания ножницы движутся вместе с полосой благодаря ее жесткости. Их возврат в исходное положение осуществляется гидроцилиндром.
Ножницы работают в двух режимах -одиночная разрезка и автоматическая разрезка на мерные отрезки.
Семирол и ко в а я правильно-натяжная машина создает силу сопротивления движению полосы с целью обеспечения плотной намотки рулона.
Моталка предназначена для смотки полосы в рулон. На агрегате можно применять моталки двух типов. Это, во-первых, моталки барабанного типа с намоткой рулона на барабан массой до 16 т, и во-вторых, с намоткой рулонов массой до 30 т на шпулю.
Гидропривод АБП предназначен для управления нажимным устройством литейной машины и гидрофицированными механизмами отделочной линии. Он состоит из насосно-аккумулятор ной станции, гидропанели управления и исполнительных гидроцилиндров, расположенных непосредственно на машинах.
Питание гидроцилиндров осуществляется от насосно-аккумуляторных станций высокого и низкого давлений, каждая из которых состоит из насосов, баков для масла, аккумуляторов, аппаратуры управления и автоматики.
Электропривод. Технологическая линия АБП включает четыре основных механизма с электроприводами постоянного тока: литейную машину, пятироликовую правильную машину, тянущие ролики с кром-кокрошителем и моталку. Все остальные механизмы агрегата имеют привод от асинхронных короткозамкнутых двигателей переменного тока.
6.2.3.	ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА УЗКИХ ПОЛОС ИЗ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Состав ЛПА (рис. 6.2.5). Расплавленный и подготовленный для литья металл подают на непрерывную литейную машину роторного типа. Эти ЛПА предназначены для производства полос сечением (12 -г 30) х (120 -250) мм.
Далее полосовая заготовка в виде непрерывной литой полосы со скоростью 4 -6 м/мин подается на 2-клетьевой непрерывный прокатный стан. Проходя через две клети, полоса деформируется до необходимой толщины. В этих же клетях разрушается литая структура заготовки, и она приобретает свойства обычной горячекатаной полосы, готовой для дальнейшего использования.
В зависимости от предъявляемых к ЛПА требований, вслед за прокатным станом может быть установлено сматывающее устройство, или полоса может быть также разрезана на мерные длины и сложена в стопы.
Рис. 6.2.5. Схема литейно-прокатного агрегата для производства узких полос из цветных металлов: 1 - роторная литейная машина, 2 - летучие ножницы для разрезки слитка, 3 - прокатный стан, 4 - штабелер, 5 - моталка, 6 - листоштамповочный автомат. 7 - эмульсионная система
302
Глава 6 2. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Возможна также установка в линии листоштамповочного автомата для непосредственной вырубки ронделей - круглых плоских заготовок, идущих, в последующем, на операцию обратного прессования. Из алюминиевых заготовок таким образом получают трубы и аэрозольные баллоны для бытовой химии и фармацевтики, а стаканчики из цинка идут на производство химических источников тока. Полосы из алюминия используют в качестве токоведущих шин в электротехнике, а цинковые полосы в качестве анодов для ванн цинкования.
Устанавливаемые вырубные листоштамповочные автоматы серийные. Скорость выхода полосы из агрегата такова, что вырубной автомат должен обеспечивать высокую работоспособность при скоростях не менее 200 -250 ударов в минуту.
В случае установки вырубного листоштамповочного автомата в линии с МНЛЗ и станом получают агрегат, объединяющий в единый непрерывный процесс три технологии: непрерывного литья, непрерывной прокатки и механической обработки готового проката -вырубки.
Печной участок. На этом участке расположено оборудование для приготовления металла: плавильная печь и печь-миксер, в котором металл скапливается, очищается и доводится по химическому составу. Печь-миксер используют также для поддержания необходимой температуры металла.
При установке агрегата на заводе по производству первичного металла плавильная печь может отсутствовать, а жидкий металл из электролизного производства поступает в миксер.
Параметры ЛПА для узких полос: размеры изготовляемых полос, мм:
ширина 120 - 240;
толщина 3 - 10;
производительность, т/ч:
2-4 при производстве полос из алюминия;
3-5 при производстве полос из цинка;
масса оборудования в зависимости от производительности и сортамента 50 - 90 т;
установленная мощность 200 - 400 кВт;
габаритные размеры, м:
длина 25 - 40;
ширина 5-8; высота 2;
заглубление под насосные станции до 3-4 (ниже нулевой отметки).
В случае производства ронделей используют цинк Ц0 или алюминий не ниже А6.
6.2.4. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ АГРЕГАТ С ПЛАНЕТАРНО-ЭКСЦЕНТРИКОВЫМ СТАНОМ
Общие сведения. На ЛПА с планетарноэксцентриковым станом объединены в единой технологической линии процессы непрерыв
ной разливки, прокатки и обработки готового проката (смотка, вырубка или разрезка на мерные длины и укладка в стопы). Состав оборудования ЛПА с планетарно-эксцентриковым станом аналогичен составу ЛПА, приведенному в п. 6.2.3, с той лишь разницей, что вместо непрерывного стана продольной прокатки используют планетарно-эксцентриковый стан.
Планетарно-эксцентриковые станы находят применение в составе ЛПА, а также для прокатки материалов и изделий, для которых необходима высокоинтенсивная дробная деформация.
Станы периодической прокатки. Существует класс прокатных станов, на которых номинальная входная скорость заготовки значительно ниже этой же скорости на обычных станах продольной прокатки и которые обеспечивают высокую степень деформации в одной клети. Это станы периодической прокатки. На таких станах обжатие достигается благодаря периодическому воздействию на полосу пар валков, движущихся относительно полосы с существенно большей скоростью, чем скорость движения самой полосы.
Планетарные станы. Классический пример планетарного стана - стан Сендзимира (рис. 6.2.6). Он состоит из двух мощных опорных валков /, вокруг которых в сепараторах, подобно роликам в роликовом подшипнике качения, с большой скоростью синхронно вращаются рабочие валки 2 небольшого диаметра. Это движение напоминает вращение планет вокруг солнца, отсюда одно из названий таких станов - планетарные. Входящая посредством валков 3 в раствор заготовка периодически обжимается парами рабочих валков (отсюда другое название этих станов -станы периодической прокатки).
В стане конструкции Платцера опорный валок неподвижен, а рабочие валки, как и в стане Сендзимира, вращаются в сепараторах вокруг него.
Обеспечивая, путем суммирования малых деформаций, производимых каждой парой рабочих валков, большое обжатие заготовки за один ее пропуск, каждый такой стан как бы становится эквивалентен непрерывной линии прокатки, состоящей из нескольких станов.
Недостаток станов Сендзимира-Платцера - рабочие валки движутся по круговой траектории, что приводит к волнистости прокатанной полосы с радиусом впадин, равным радиусу орбиты рабочего валка.
При малых размерах рабочих валков и их подшипников трудно обеспечить прочность и надежность конструкции, тем более, что каждая встреча рабочего валка с обрабатываемой заготовкой носит ударный характер.
ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЙ АГРЕГАТ С ПЛАНЕТАРНО-ЭКСЦЕНТРИКОВЫМ СТАНОМ
303
Эти обстоятельства проводят, зачастую, к низкой работоспособности станов периодической прокатки.
Планетарно-эксцентриковые станы по устройству и параметрам достаточно близки к планетарным станам, но лишены многих из их недостатков. В отличие от планетарных у планетарно-эксцентриковых станов число пар рабочих валков значительно меньше: одна - шесть пар (у планетарных -20 - 30 пар). При этом подача металла на цикл обжатия больше в 6 - 10 раз.
Для устранения волнистости получаемой полосы рабочие валки движутся не по круговой орбите, а по некоторой замкнутой кривой, имеющей в конце зоны обжатия протяженный прямолинейный участок, благодаря которому прокатываемый металл выглаживается. Меньшее число рабочих валков позволяет значительно увеличить их диаметр, а соответственно, - и усилить подшипниковые узлы. Увеличение диаметра рабочих валков у планетарноэксцентриковых станов приводит к существенному снижению частоты вращения рабочих валков, что также благоприятно сказывается на надежности подшипниковых опор.
Работа планетарно-эксцентриковых станов по технологическим показателям также отличается от работы планетарных станов. В виду значительных подач металла на цикл обжатия пластические зоны более обширны, чем на планетарных станах и проникают на всю толщу полосы. Таким образом, на планетарно-эксцентриковых станах лучше прорабатывается кристаллической структура металла,
что особенно важно при прокатке литой заготовки.
В 70-х гг. XX в. О. П. Соловьевым (ВНИИМЕТМАШ) была предложена новая схема планетарно-эксцентрикового стана с калибрующим участком.
Рабочая клеть стана (рис. 6.2.7) состоит из станины 1 закрытого типа, в окне которой установлены узлы подающих 2 и планетарноэксцентриковых валков. Подающие валки обеспечивают заданное перемещение заготовки на каждый цикл обжатия и удерживают заготовки от смещения вдоль оси прокатки под воздействием осевых нагрузок со стороны планетарных валков. На выходной стороне станины смонтированы тянущие ролики 8, осуществляющие натяжение прокатываемой полосы.
Каждый узел планетарно-эксцентрико-вых валков состоит из четырех рабочих валков 4, совершающих планетарное движение вокруг опорного валка 5, свободно вращающегося на эксцентриковом валу 10. Планетарное движение рабочих валков осуществляется приводным сепаратором, в проушинах 6 которого находятся оси двуплечих рычагов 5, несущих рабочие валки.
Из-за несовпадения осей вращения сепаратора и опорного валка рычаги 5 покачиваются вокруг осей, обеспечивая сложное плоскопараллельное движение рабочих валков, необходимое для получения требуемого профиля поверхности заготовки в зоне обжатия. Между свободными концами рычагов и сепаратором установлены пружины, обеспечивающие постоянное прижатие рабочих валков к опорным.
Для улучшения качественных характеристик стана в конструкции клети осуществлено предварительное напряжение станины, реализуемое с помощью клиньев 9, установленных между подушками верхних и нижних валков, и гидроцилиндров 7.
Кинематика и исходная геометрия планетарно-эксцентрикового стана строятся так, чтобы число оборотов эксцентрика за один оборот сепаратора равнялось числу рабочих валков. При прохождении оси рабочего валка через крайнее нижнее положение эксцентриситет опорного валка находится в крайнем верхнем положении. При этом в результате сложения вращений сепаратора с рабочими валками и опорного валка, имеющего биения, равные удвоенному эксцентриситету центрального вала, круговая траектория движения рабочего валка искажается и на ней возникают прямолинейные или приближенные к ним участки.
304
Глава 6.2. ЛИТЕЙНО-ПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ
Рис. 6.2.7. Рабочая клеть стана ВНИИМЕТМАША
Система, состоящая из эксцентрика, опорного валка и сепаратора с рабочим валком является, по сути, 4-звенным рычажным механизмом с двумя приводными звеньями, между которыми установлено передаточное отношение, определяемое числом рабочих валков. На рис. 6.2.8: ОА = е - эксцентриситет эксцентрика, OB = L - расстояние от оси вращения сепаратора до оси рычага с рабочим валком, ВС = h - длина рычага, АС = I - расстояние между осями опорного и рабочего валков.
Основная задача геометрического исследования механизма - определение траектории точки С, являющейся следом оси рабочего валка. Абсолютное перемещение точки С можно рассматривать как сумму перемещений - вращения подвижной системы координат (Х\, О, Ki) относительно оси О и относительного движения, связанного с поворотом звена О А относительно системы (Х\у О, Yj).
Если характеризовать систему (Jfj, О, Kj) вращением угла ср, направленным по часовой стрелке, и вести отсчет этого угла от положения механизма, изображенного на рисунке, то координаты х и у точки С в неподвижной системе (X О, Y) определяют по формулам:
Рис. 6.2.8. Кинематическая схема механизма "сепаратор-рабочий валок" (а) и траектория точки С (б)
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
305
х = %! sin(cp + фо) - Уг со8(ф + ф0);
У = Х1 СО8(ф + Фо) + У1 8Ц1(ф + Фо),
где Х\ и yi - координаты точки в системе (Хь О, ГО.
Значение фо определяют из выражения
Фо = arccos^Z2 + (1 - е)2 - Л2) / (2Z(1 - е)),
(6.2.2)
где е - эксцентриситет эксцентрика.
В результате преобразования формул можно получить зависимость, определяющую эксцентриситет при кривизне траектории, равной нулю в точке максимального удаления центров рабочего валка и эксцентрика, в зависимости от эксцентриситета е:
е = //(л + 1)2,	(6.2.3)
где I - сумма радиусов опорного и рабочего валков; п - передаточное отношение между эксцентриком и сепаратором, равное числу рабочих валков.
Никаким подбором соотношений между размерами звеньев рассматриваемого механизма нельзя достичь абсолютной прямолинейности траектории движения рабочего валка. Можно говорить лишь о больших или меньших отклонениях от прямолинейности в некоторой части траектории.
При эксцентриситете е, определенном по формуле (6.2.3), траектория рабочего валка имеет выпуклую форму с прямолинейным участком лишь в точке максимального удаления центров рабочего валка и эксцентрика. Уменьшение эксцентриситета е, по сравнению с этим значением, увеличивает выпуклость траектории и ухудшает качество калибровки. Увеличение е приводит к появлению на траектории максимумов и минимумов справа и слева от нулевой точки, определяемых параметрами Д’ и Д". При этом возможны периодические пережимы по высоте прокатанной полосы. Если ориентироваться на небольшие значения Д' и Д" и учитывать наличие упругих деформаций деталей клети при прокатке, способных нивелировать эти пережимы, то целесообразно выбирать значение е, несколько превышающее значение, определяемое по формуле (6.2.3). Анализ этой формулы показывает, что качество калибровки на стане зависит от двух параметров - эксцентриситета и суммы радиусов рабочего и опорного валков. Уменьшение диаметров валков при переточках эквивалентно увеличению эксцентриситета.
Параметры ЛПА - сечение алюминиевой или цинковой полосы (4 - 10) х 200 мм; толщина непрерывно-литой заготовки 20 - 30 мм; скорость литья 4-5 м/мин; при 300 - 340 циклах обжатий в минуту подача полосы на один валок составляет 10 - 14 мм.
Такая высокая интенсивность процесса деформации приближает процесс прокатки к процессу ковки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Агрегаты бесслитковой прокатки алюминиевой полосы БП-1600 / П. И. Софийский, А. М. Серебренников, В. А. Чеботарев и др. Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1974. № 36.
2.	Конструкция обжимных станов в линиях литейно-прокатных агрегатов // Обзор ЦНИИТЭИТяжмаш, 1982. № 32.
3.	Литейно-прокатные агрегаты для производства алюминиевой и медной катанки / А. Ю. Шевченко, В. А. Чеботарев, А. В. Самсонов и др. // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5.
4.	Литейно-прокатный агрегат для производства катанки из алюминиевых сплавов / П. И. Софийский, А. Ю. Шевченко, И. М. Ершов, И. И. Михеев // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1974. № 36.
5.	Производство полос и ронделей из легированного цинка для корпусов источников тока / Р. Ф. Эминбейли, В. А. Чеботарев, М. В. Якиманский, О. Н. Курочкина // Цветные металлы, 1989. № 3.
6.	Самсонов А. В., Чеботарев В. А. Планетарно-эксцентриковый стан и его применение // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5.
7.	Соловьев О. П., Баранов Н. М., Самсонов А. В. Определение основных параметров планетарно-эксцентрикового стана литейнопрокатного агрегата // Сб. науч. тр. ВНИИМЕТМАШ, 1981.
8.	Софийский П. И., Войнова В. В., Шевченко А. Ю. Производство медной катанки методом совмещения непрерывного литья и прокатки Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1975. № 41.
9.	Станы бесслитковой прокатки алюминиевой полосы / П. И. Софинский, В. А. Чеботарев, А. М. Серебренников и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1975. № 41.
10.	Тетерин П. К. Теория периодической прокатки. М.: Металлургия, 1978.
11.	Чеботарев В. А., Самсонов А. В. Агрегат бесслитковой прокатки алюминиевой полосы АБП-1600 И Тяжелое машиностроение, 1997. № 5.
12.	Чеботарев В. А., Шевченко А. Ю., Самсонов А. В. Полосовые литейно-прокатные агрегаты для производства полос из цветных металлов // Тяжелое машиностроение, 1997. № 5.
Раздел 7
МАШИНЫ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЛЕНТ АМОРФНОЙ СТРУКТУРЫ
Глава 7.1
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МАШИН ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕНТ С АМОРФНОЙ СТРУКТУРОЙ
7.1.1. АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ - МАТЕРИАЛЫ БУДУЩЕГО
Аморфные сплавы. Развитие техники на современном этапе требует создания и широкого внедрения принципиально новых материалов - конструкционных, магнитных, полупроводниковых, сверхпроводящих и т.д. К таким материалам относятся аморфные сплавы, широкое признание которых относится к 70-ым гг. XX в., когда были разработаны высокоэффективные методы их получения в виде тонкой ленты. Стало ясно, что понятие "металлическое тело" уже нельзя рассматривать как синоним понятия "кристаллическое тело", что с получением металлического вещества в новом - аморфном - состоянии необходимо рассматривать два значительно отличающихся по своей природе и свойствам класса металлических веществ - кристаллические и аморфные.
Существенное отличие атомных строений аморфного и кристаллического металлических веществ - отсутствие в аморфном состоянии дальнего порядка в расположении атомов, а следовательно, - кристаллической анизотропии и дефектов кристаллического строения, такие как дислокации, вакансии и т.п., - является той причиной, которая обусловила не только "разительное" отличие свойств этих веществ,
но и уникальное, не характерное для кристаллических материалов сочетание различных свойств в аморфных металлических материалах.
По химическому составу аморфные металлы представляют собой сплавы на основе Fe, Со и Ni с добавками металлоидов - В, Si, С и других веществ, выполняющих роль амор-физирующих добавок.
Характерными свойствами аморфных сплавов являются высокие прочность, твердость и вязкость. По этим показателям они значительно превосходят высокопрочные кристаллические материалы. Прочность их достигает 5000 МПа и близка к теоретической, твердость также довольно высока - 500 - 1500 HV.
Магнитные свойства аморфных и кристаллических материалов приведены в табл. 7.1.1.
Уникальным является коррозионная стойкость аморфных сплавов, обладающих практически нулевым значением коррозии.
Области применения аморфных сплавов приведены в табл. 7.1.2.
В промышленных масштабах применяют аморфные сплавы с высокой магнитной проницаемостью (для магнитных головок, магнитных экранов, головок звукоснимателей, повышающих трансформаторов и др.) и аморфные сплавы с высокой магнитной индукцией (для силовых трансформаторов, электродвигателей и др.). Широко применяют аморфные припои и сверхпроводящие материалы.
7.1.1. Магнитные свойства аморфных и кристаллических материалов
Сплавы	Магнитная индукция, Тл	Точка Кюри, °C	Коэрцитивная сила, А/м
	Аморфные материалы		
Fe7gSiioBi2	1,56	720	1,60
Ре81В1з$ЦС2	1,61	673	0,64
	Кристаллические материалы		
Кремнистая сталь	2,00	1013	8,00
марки 14			
Supermalloy	0,77	733	0,80
АМОРФНЫЕ СПЛАВЫ - МАТЕРИАЛЫ БУДУЩЕГО
307
7.1.2. Изделия,	изготовляемые из аморфных сплавов
Используемые свойства сплавов	Изготовляемые изделия
Прочность и вязкость	Проволока, металлокорд, пружины, тензодатчики, композиционные материалы
Коррозионная стойкость	Масляные фильтры, детали химического оборудования, медицинская техника
Высокая магнитная проницаемость, низкие потери на перемагничивание	Магнитные экраны, магнитные головки, магнитопроводы, силовые и распределительные трансформаторы
Магнитострикция	Вибраторы, линии задержки, детали датчиков и т.д.
Сверхпроводимость	Уровнемеры жидкого гелия, температурные датчики, сверхпроводящие магнитометры
Получение аморфных материалов. Известно довольно большое число способов, позволяющих получать аморфные металлы и их сплавы. Их можно получать осаждением из различных агрегатных состояний: жидкого, парообразного, ионизированного и т.д. Общим условием, при этом, является обеспечение фазовых превращений в экстремальных условиях, упреждающих рост и зарождение кристаллической фазы. Экстремальные условия фазовых превращений обеспечиваются большими скоростями охлаждения вещества, для расплава это 104 - 106 °С/с. Реализация таких скоростей возможна при формировании материала с очень маленькими размерами в одном из направлений - по толщине, длине или ширине.
Способы получения металлических лент. Для получения тонких металлических лент могут быть использованы три способа закалки расплава - центробежная закалка (рис. 7.1.1, а), закалка на диске (рис. 7.1.1, б) и закалка расплава в валках (рис. 7.1.1, в).
Общим для этих способов является плавление металла при электрическом или индукционном нагреве и выдавливание расплава из сопла под действием газа и затвердевание его при соприкосновении с поверхностью вращающегося тела (холодильника).
У каждого способа есть свои преимущества и недостатки. Так, преимуществом центробежной закалки расплава является то, что центробежное ускорение, сообщаемое барабаном расплаву, приводит к эффективному растеканию струи и обеспечивает хороший тепловой контакт расплава (а затем ленты) с теплоотводящим телом. Это обеспечивает высокое значение коэффициента теплоотдачи на границе расплав - диск, получение аморфной структуры лент и высокое их качество.
*)
Рис. 7.1.1. Получение тонких металлических лент закалкой: а - центробежной; б - на диске; в-в валках
308 Глава 7 1. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ МАШИН ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ ЛЕНТ
Однако, если говорить о практическом использовании этого способа, то создание промышленного оборудования для его реализации бесперспективно из-за трудности подвода расплава на внутреннюю поверхность диска и сложности системы охлаждения диска, а также съема получаемых лент и т.д.
Способ закалки расплава на диске заключается в подаче расплава через щелевое сопло на внешнюю поверхность вращающегося диска, где и происходит его охлаждение и формирование ленты. Зазор между соплом и диском составляет 0,1 - 0,25 мм и должен поддерживаться постоянным с точностью ±15 мкм. Размер щели сопла 0,3 - 1 мм, окружная скорость вращения диска 10-30 м/с.
На толщину получаемой ленты влияют следующие технологические факторы: температура расплава, размер щели сопла, скорость диска, давление расплава, физико-химические свойства расплава (вязкость, поверхностное натяжение), материал диска, а также размер зазора сопло - диск.
Этот способ наиболее перспективен для получения узких и широких аморфных лент в промышленных масштабах, так как легко подводить расплав к диску и регулировать размеры зоны контакта.
Этот способ, известный еще как спин-нингование расплава, получил наиболее широкое распространение.
При использовании способа закалки в валках ленту получают прокаткой расплава между двумя валками. Основное достоинство способа - двустороннее охлаждение расплава; что позволяет получать ленты с высоким качеством поверхности с обеих сторон. Однако вследствие того, что зона контакта расплава с
валками очень невелика, расплав не успевает охладиться, и температура на выходе из валков ниже температуры перехода в аморфное состояние, т.е. получают не аморфную, а микрокристаллическую ленту.
7.1.2. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ ЛЕНТ
Отечественное промышленное оборудование для получения лент с аморфной структурой разработано в АХК ВНИИМЕТМАШ. Создание машин для этих целей потребовало решения ряда сложных проблем, связанных с конструкторскими разработками отдельных узлов, создания специальных материалов для изготовления конструктивных элементов машин и систем управления технологическим процессом.
Машина для производства ленты с аморфной структурой. Параметры машины -ширина производимой ленты до 150 мм, развес плавки до 50 кг, годовая производительность 60 т/год.
Машина состоит из следующих основных узлов (рис. 7.1.2): плавильной камеры 1 с щелевым соплом 2; лутейного диска J; устройства 4 обработки поверхности диска; каретки, на которой расположены механизм 5 перемещения, а также механизмы 6 и 7 соответственно подъема-опускания и наклона плавильной камеры.
Плавильная камера предназначена для расплавления заготовок аморфных сплавов, доведения температуры расплава до требуемого значения. В нижней части плавильной камеры расположено щелевое сопло, через которое под избыточным давлением инертного газа проводится подача расплава на диск.
Рис. 7.1.2. Кинематическая схема промышленной машины для производства ленты с аморфной структурой
диск-холодильник
309
Литейный диск представляет собой 2-опорный валок, бандажированный высокотеплопроводным материалом с каналами для водяного охлаждения. При вращении литейного диска радиальные биения наружной поверхности не превышают 5 мкм.
Привод вращения диска безредукторный и осуществляется от двигателя постоянного тока. Частоту вращения диска выбирают в зависимости от технологического режима разливки. Система автоматического регулирования обеспечивает поддержание частоты вращения с точностью 1 %.
Для обеспечения требуемой шероховатости поверхности диска на машине стационарно расположено устройство 4 для его обточки, состоящее из механизма поперечной подачи алмазного резца с ручным приводом и механизма продольной подачи с электромеханическим приводом от двигателя постоянного тока.
Приводы механизмов и управление ими. Для установки плавильной камеры в положение "Разливка" предусмотрены механизмы: перемещения каретки; подъема-опускания и поворота плавильной камеры, расположенные на каретке.
Для привода этих механизмов используют шаговые двигатели, обеспечивающие следующую точность при установке, мкм: зазора сопло - диск +5; каретки в положение "Разливка" ±500.
Для управления механизмами машины предусмотрен пульт управления, расположенный в непосредственной близости от машины.
Глава 7.2
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОТДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ И СИСТЕМ МАШИН ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОРФНЫХ ЛЕНТ
7.2.1.	ДИСК-ХОЛОДИЛЬНИК
Назначение диска-холодильника, одного из наиболее важных узлов машин для получения аморфных лент, - осуществление свехбы-строго охлаждения расплава, поступающего на его вращающуюся поверхность в форме плоской струи. Наиболее важные вопросы при создании конструкции таких дисков - это выбор материала диска и разработка эффективной системы его охлаждения.
Выбор материала диска. Основным критерием выбора материала диска должно служить оптимальное сочетание его основных свойств: высокой теплопроводности и износостойкости.
Медь - материал с высокой теплопроводностью применяют лишь для лабораторного оборудования, что связано с ее низкой износостойкостью, приводящей к большому износу поверхности.
Наиболее перспективными материалами для изготовления литейных дисков являются высокотеплопроводные бронзы типа БрХ и БрХЦр.
Охлаждение диска. Система охлаждения диска должна обеспечивать непрерывный отвод теплоты с внутренней его поверхности при условии, что температура наружной поверхности диска не превышает 150 - 200 °C. Различают три зоны передачи теплоты от расплава к диску (рис. 7.2.1):
I	- передача теплоты в зоне лужицы расплава;
II	- передача теплоты от затвердевшей ленты к диску;
III	- перераспределение теплоты, аккумулированной стенкой диска.
а)

6}
в)
Рис. 7.2.1. Схемы (а и б) и график (в) теплового режима диска: q - тепловой поток, Вт/см2; у - координата толщины стенки диска, мм; тим - время действия теплового импульса
310
Глава 7.2. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ ОТДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ И СИСТЕМ МАШИН
Наиболее интенсивный теплообмен происходит в зоне /, где реализуется коэффициент теплопередачи от расплава к диску 106 Вт/(м2 • °C). В зоне II этот коэффициент на несколько порядков меньше. Поэтому можно считать, что теплопередача осуществляется только в зоне лужицы расплава, а на остальном участке диска - перераспределение теплоты, аккумулированной стенкой диска, и теплосъем с внутренней поверхности с коэффициентом теплоотдачи а.
Таким образом, в тепловом отношении диск представляет собой систему с импульсным отводом теплоты. Схематично распределение температур на поверхности диска приведено на рис. 7.2.2.
Численное моделирование теплового режима диска показывает, что снижение температуры поверхности диска прямо пропорционально увеличению периода Tog его вращения:
nD т°6
*л
где D - диаметр диска; ул - скорость получения ленты.
Таким образом, при постоянных скорости получения ленты и интенсивности охлаждения диска, увеличивая диаметр диска можно снизить уровень температуры его наружной поверхности. Аналогично, увеличение интенсивности теплоотдачи на внутренней поверхности диска и уменьшение толщины его стенки приводят к уменьшению температуры поверхности.
Кроме того, численное моделирование показывает, что при установлении квазиста-ционарного режима работы уровень средней температуры не зависит от характера импульсного режима подвода теплоты и может быть рассчитан по значению среднего за период теплового потока:
Рис. 7.2.2. Распределение температур на поверхности диска:
Тд - температура диска; Тп - усредненный прирост температуры за один оборот диска; Тим ~ периодическая импульсная температура диска
<7ср “
Рм^дб тоб
где Рм - плотность металла; 5Л - толщина ленты; Q - теплосодержание расплава.
Таким образом, для инженерных расчетов задача сводится к расчету температуры пластины толщиной h (см. рис. 7.2.1, б). За
начальные можно принять следующие усло
вия: при т = 0 t = Iq; за граничные -


у=0
Sy
- а(^охл ^y-h)'

Перепад температур между наружной поверхностью пластины и охлаждающей средой может быть рассчитан по формуле
. . fl
Д' = Ча+1>
где X - теплопроводность пластины.
Литейный диск. Конструкция литейного диска промышленных машин, приведенная на рис. 7.2.3, представляет собой двухопорный валок, бандажирован-ный бронзой БрХ и установленный на прецизионных подшипниках качения, обеспечивающих уровень биений наружной поверхности диска не более 5 мкм.
Диаметр диска 800 мм, толщина стенки 30 мм, коэффициент теплоотдачи в каналах 15 - 20 кВт/(м2 • °C), диаметр каналов 6 мм.
Охлаждение диска осуществляется путем прокачки воды через полые цапфы по каналам вдоль осевой поверхности диска, расход охлаждающей воды 60 - 80 м3/ч.
7.2.2.	ПЛАВИЛЬНАЯ КАМЕРА
Конструкция плавильной камеры промышленных машин приведена на рис. 7.2.4. Плавильная камера представляет собой герметизированный корпус 1, выполненный из коррозионно-стойкой стали, внутри которого расположен огнеупорный тигель и катушка высокочастотного индуктора 2. В верхней части корпуса расположена крышка 3, которую уплотняют прокладкой и крепят к корпусу откидными болтами. На крышке смонтированы смотровое окно 4 и гнездо 5 для погружной термопары. В нижней части плавильной камеры находится трехплиточный шиберный затвор, две плиты которого - верхняя 7 и нижняя 8 - выполнены неподвижными, а средняя 6 - подвижной.
Для перемещения средней плиты используют гидроциливдр, установленный на корпусе плавильной камеры и воздействующий на подвижную плиту через систему рычагов. Диаметр поршня гидроцилиндра 80 мм, рабочее давление 8-10 МПа.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
311
Рис. 7.2.3. Литейный диск
Рис. 7.2.4. Плавильная камера
Дозирующее сопло. На нижней плите шиберного затвора крепят щелевое дозирующее сопло 9, являющееся одним из наиболее важных элементов машины. Материал сопла должен иметь высокую огнеупорность и термостойкость, быть химически инактивным с расплавами аморфных сплавов и иметь высокую износостойкость. Для промышленного использования рекомендованы кварцевая керамика при длительности разливки в пределах 10 мин и нитридная керамика (боросил NB + SiO2) при длительности разливки более 10 мин.
7.2.3.	СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ
Система управления технологическим процессом предназначена для обеспечения постоянства толщины получаемой ленты в результате автоматизированного контроля технологических параметров и эффективного воздействия на технологический объект.
На толщину ленты влияют следующие технологические параметры: окружная скорость диска, давление расплава на входе в сопло, размер зазора сопло - диск, температура расплава и температура диска.
Таким образом, для обеспечения постоянный толщины ленты необходимо стабилизировать целый комплекс технологических параметров, поэтому при построении системы управления используют следующие системы и подсистемы:
систему стабилизации толщины ленты -основную систему АСУ ТП, где сосредотачивают всю информацию о параметрах технологического процесса; здесь же анализируются и выдаются управляющие воздействия на одну из подсистем;
подсистемы АСУ ТП: стабилизации скорости вращения диска; управления давлением расплава на входе в сопло; стабилизации температуры расплава; стабилизации температуры поверхности диска.
Структурная схема системы управления технологическим процессом приведена на рис. 7.2.5.
312
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
КАНАЛ УПРАВЛЕНИЯ	КАНАЛ СТАБИЛИЗАЦИИ
Измеритель температуры диска
Блок стабилизации тем лературы диска
Рис. 7.2.5. Структурная схема системы управления технологическим процессом получения аморфной ленты
Двухвалковый агрегат для производства стального листа толщиной 1-5 мм. Двухвалковый агрегат конструкции ВНИИМЕТМАШ предназначен для производства листа с особыми свойствами из коррозионно-стойких, магнитострикционных, жаростойких и других сплавов на основе железа методом непрерывного литья. Сверхбыстрое охлаждение жидкого металла обеспечивает получение микрокристаллической структуры и повышает физические свойства готовой продукции, получаемой на последующих стадиях обработки.
Расплавленный металл подается из индукционной печи или из ковша, через шиберный затвор и дозатор в зазор между двумя водоохлаждаемыми валками литейной машины, вращающимися навстречу друг другу. Охлаждающие валки имеют бронзовые бандажи с различными вариантами охлаждения, а также механизм зачистки и шлифовки поверхности. Заливка расплава в валки производится через тонкостенное сопло со щелевидным отверстием. Постоянный расход расплава обеспечивается системой управления через вычислительный комплекс. С торцев валков металл удерживается с помощью специальных ограничителей. Выходящая из валков полоса проходит систему вторичного охлаждения и далее передается в обжимную клеть и ножницы. Установленные в конце линии тянущие ролики в паре с моталками позволяют разливать металл в непрерывном режиме.
Технология и оборудование позволяют путем непрерывного получения листа непосредственно из жидкого металла значительно сократить, по сравнению с традиционным
способом прокатки, число операций обработки давлением и промежуточных нагревов, снизить энергозатраты на 30 - 50 %, в 5 раз уменьшить капитальные и эксплуатационные затраты.
Техническая характеристика
Производительность агрегата, тыс. т/год...................... 50 - 70
Размеры листа, мм: ширина...................... 800
толщина.................... 1-5
Диаметр валка, мм............... 1500
Вместимость ковша, т............ 10 - 12
Масса рулона, т................. 2
Скорость литья, м/мин........... 20 - 50
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Быстрозакаленные металлические сплавы / Под ред. С. Штиба, Г. Варлимонта: Пер. с англ. / Под ред. Ю. К. Ковнеристого // Материалы V международной конференции. М.: Металлургия, 1989. 376 с.
2.	Золотухин И. В. Физические свойства аморфных металлических материалов. М.: Металлургия, 1986. 242 с.
3.	Манохин А. И., Митин Б. С., Васильев В. А. Аморфные сплавы. М. Металлургия, 1984. 160 с.
4.	Скаков Ю. А. Аморфные металлические сплавы. М.: Металлургия, 1983. 128 с.
5.	Судзуки К., Фудзимори X. Аморфные металлы: Пер. с яп. М.: Металлургия, 1987. 328 с.
Раздел 8
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА И ОТДЕЛКИ ПРОКАТА, ПРОВОЛОКИ, ТРУБ, ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Глава 8.1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
8.1.1.	СОРТАМЕНТ ПРОКАТЫВАЕМОЙ ПРОДУКЦИИ
В металлургической промышленности 80 - 85 % выплавляемой стали перерабатывают в прокат на различных по назначению и конструкции прокатных станах. От этой завершающей стадии металлургического производства в наибольшей степени зависит экономия металла и снижение энергозатрат.
Современный прокатный стан - это комплекс машин и механизмов, предназначенный для осуществления пластической деформации металла во вращающихся валках (прокатка) и его дальнейшей обработки - разрезки, охлаждения, правки, смотки, упаковки и т.д. Современные прокатные станы являются высокомеханизированными и автоматизированными агрегатами. На металлургических комбинатах технологический процесс получения проката состоит из получения заготовки (полупродукта) и готового проката (готовой продукции).
Готовый прокат в зависимости от формы поперечного сечения подразделяют на листовой и сортовой прокат, трубы, гнутые профили, точные заготовки для машиностроения и др.
Листовой прокат по толщине подразделяют на толстолистовую сталь (толщиной 4 мм и более) и тонколистовую (толщиной менее 4 мм). В зависимости от способа прокатки тонколистовую сталь называют горяче- и холоднокатаной.
Сортовой прокат - профили - в зависимости от формы поперечного сечения подразделяют на простые и фасонные. К простым профилям относятся профили с сечением простой геометрической формы - круг, квадрат, прямоугольник. Фасонные профили имеют сечения сложной геометрической формы. Сортамент проката содержит около 1500 видов горячекатаных профилей.
В зависимости от размеров различают следующий сортовой прокат: крупносортный, среднесортный и мелкосортный, а также катанку (круглую сталь диаметром 5-10 мм). Станы, на которых производят соответствующий сортовой прокат, получили названия крупно
сортных, среднесортных, мелкосортных и проволочных.
Основным параметром сортовых станов является диаметр валков последней чистовой клети, листовых станов - длина бочки прокатного валка, которая определяет наибольшую ширину прокатываемых на стане листов или полосы.
Трубы изготовляют бесшовными и сварными. Производят также фасонные трубы, трубы переменного сечения, тонкостенные, прецизионные, капиллярные и др.
Существует несколько способов классификаций технологических процессов производства металлических труб. Академиком А. И. Целиковым предложено классифицировать эти процессы по комплексу технологических требований, предъявляемых к трубным станам и их машинам.
В зависимости от осуществляемой технологии различают станы:
трубосварочные с последующим редуцированием или без него;
трубопрокатные (для горячей прокатки);
трубопрессовые для горячего прессования;
для пайки труб;
для отделки труб или второго их передела, которые в свою очередь, могут быть станами холоднопрокатными, волочильными и холодного прессования.
Точные заготовки для машиностроения -круглые периодические профили (оси, валы), короткие тела вращения (шары, ролики, втулки), зубчатые колеса, червяки, сверла, ребристые трубы и другие профили - изготовляют на деталепрокатных станах, разработанных, главным образом, конструкторами и исследователями ВНИИМЕТМАШ.
Эти станы позволили существенно расширить сортамент прокатных изделий. Основными преимуществами деталепрокатных станов являются высокая производительность и степень автоматизации, повышенная точность прокатываемых изделий, и как следствие, более экономное использование металла. С созданием этих станов прокатка стала также процессом, применяемым и на машиностроительных заводах.
Гнутые профили, изготовляемые из листа и ленты толщиной 0,2 - 12,0 мм, широко применяют для бытовых целей и в разных
314
Глава 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
отраслях промышленности. Фасонные профили высокой точности получают холодной прокаткой и волочением.
Применение гнутых, холоднотянутых и калиброванных профилей, вместо горячекатаных, позволяет экономить до 40 % металла и существенно снижает затраты труда при использовании этих профилей в машиностроении. Увеличение потребности в этих профилях вызывает развитие соответствующих видов профилегибочных, волочильных и калибровочных станов и станов для холодной прокатки сортовых прецизионных профилей. Профилегибочные станы получили широкое применение в производстве профилей из стали, а также из алюминиевых сплавов.
8.1.2.	ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
Валки. Основным рабочим инструментом прокатного стана являются валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в рабочих клетях, и выполняющие основную операцию прокатки - пластическую деформацию металла, при которой происходит необратимое изменение размеров и формы прокатываемой полосы.
Валок (рис. 8.1.1) состоит из следующих элементов: бочки диаметром D и длиной L, которая при прокатке непосредственно соприкасается с металлом; шеек диаметром d и длиной Z, расположенных с обеих сторон бочки и опирающихся на подшипники; приводного конца валка.
Прокатные валки подразделяют на листовые, сортовые и специальные.
Валки листовых станов используют для прокатки листов, полос и ленты. Бочка этих валков цилиндрической формы, и часто их называют гладкими. При обточке на вальцетокарном станке поверхности бочки
валка для горячей прокатки тонких листов может быть придана немного вогнутая форма, чтобы при прокатке горячего металла, когда средняя часть валков сильно разогревается, их бочка стала строго цилиндрической. Тогда толщина прокатанного листа будет одинаковой по всей его ширине. Бочку валков для холодной прокатки тонких листов наоборот делают немного выпуклой - при прокатке, вследствие большого изгиба средней части валков по сравнению с крайними его частями, образующая бочки в контакте с прокатываемым металлом станет строго цилиндрической, и следовательно, прокатываемый лист также будет правильных геометрических размеров по всей ширине.
Валки сортовых станов служат для прокатки прямоугольных заготовок и сортового профильного металла. На поверхности бочки этих валков вытачивают углубления, соответствующие расчетному профилю прокатываемого металла. Эти углубления называют ручьями. Ручьи двух валков с зазором между ними образуют калибры, а валки называют калиброванными (ручьевыми).
Специальные вал к и применяют в деталепрокатных, профилегибочных и других станах.
Привод валков осуществляется электродвигателем через промежуточные передаточные механизмы и устройства.
Рабочая линия клети состоит из оборудования, предназначенного для вращения валков, а также для восприятия возникающих при пластической деформации металла сил и вращающих моментов. Машины и механизмы главной линии прокатного стана - это рабочая клеть 1 (см. рис. 8.1.2), передаточные механизмы 2 и 4 - 7, а также главный электродвигатель 3. Передаточные механизмы и устройства могут быть различными по конструкции.


^////Л7///Ш
Ряс. 8.1.1. Валки прокатных станов (калибры не показаны):
а и б - с цилиндрическими шейками соответственно для текстолитовых подшипников скольжения и качения; в - с коническими шейками для подшипников жидкостного трения; г - с бандажированной бочкой
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ
315
Рис. 8.1.2. Схемы главных линий рабочей клети: а - два варианта индивидуальных приводов валков от главных электродвигателей;
б - общий привод валков от электродвигателя через шестеренную клеть; в - общий привод валков от электродвигателя через редуктор и шестеренную клеть;
1 - рабочая клеть; 2 - универсальные шпиндели; 3 - главные электродвигатели; 4 - шестеренная клеть;
5 - редуктор; 6 - моторные муфты; 7 - коренная муфта; 8 - устройства для уравновешивания шпинделей;
9 - валки двухвалковой клети; 10 и 11 - соответственно рабочие валки четырехвалковой клети и опорные;
12- станины; 13 - плитовины; 14 - фундаментные болты; 15 - промежуточные валы
Рис. 8.1.3. Схемы рабочих клетей с различным расположением валков:
1 - двухвалковая; 2 и 3 - трехвалковые соответственно листовая и сортовая;
4 - двухвалковая с горизонтальными и вертикальными валками (слябинг);
5 и 6 - четырехвалковые соответственно нереверсивная листовая и реверсивная с моталками для полосы;
7 - шесгивалковая; 8 - двенадцативалковая; 9 - двадцативалковый стан;
10 - многовалковая комбинированная; 11 - универсальная для прокатки балок; ГВ - горизонтальные валки; ВВ - вертикальные валки; ОВ - опорный валок;
РВ - рабочие валки; HP
Типы клетей. Рабочая клеть является основным устройством прокатного стана, так как в ней осуществляется собственно прокатка металла. Рабочая клеть каждого прокатного стана обычно состоит из: двух станин, валков с подушками и подшипниками, механизмов
направляющий ролик для установки и уравновешивания валков и валковой арматуры.
В зависимости от расположения валков рабочие клети прокатных станов подразделяют на 2-валковые, 3-валковые, 4-валковые и многовалковые, универсальные и клети специальной конструкции (рис. 8.1.3).
316
Глава 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Двухвалковые клети могут быть реверсивными и нереверсивными. Клети реверсивные периодически изменяют направление вращения валков и прокатываемый металл пропускается (проходит) через валки вперед и назад несколько раз.
Трехвалковые клети - нереверсивные. Прокатываемый металл пропускается (движется) в одну сторону между нижним и средним валками, а в обратную сторону - между средним и верхним. Для подъема прокатываемого металла (раската) и подачи его между средним и верхним валками перед рабочей клетью, а часто и позади нее, устанавливают подъемно-качающиеся столы.
Четырехвалковые клети - клети с расположением один над другим: двух рабочих валков меньшего диаметра (средние) и двух опорных валков большего диаметра (крайние верхний и нижний). Опорные валки предназначены для увеличения жесткости системы валков и рабочей клети в целом. Четырехвалковые станы широко применяют при прокатке тонких и толстых листов и полос.
Многовалковые клети. Рабочие валки на этих станах являются неприводными (ввиду невозможности осуществить их привод при малом диаметре валков). Благодаря использованию рабочих валков малого диаметра и большой жесткости всей системы на этих клетях осуществляют прокатку тонкой и тончайшей ленты (толщиной 5 - 100 мкм и шириной 100 - 1500 мм). Рабочие валки опираются на ряд приводных валков с большим диаметром, а последние - на ряд опорных роликов.
Клети специальной конструкции. К этой группе относятся клети универсальные, колесопрокатные, шаропрокатные и других станов.
В зависимости от наименования процесса прокатки клети называют продольной, поперечной, поперечно-винтовой, планетарной прокатки и др.; в зависимости от расположения валков в клети - горизонтальными, вертикальными, горизонтальными и вертикальными (универсальными), наклонными, а также клетями специальной конструкции.
Классификация станов. По взаимному расположению рабочих клетей прокатные станы подразделяют на линейные, с последовательным расположением клетей, полунепрерывные и непрерывные (рис. 8.1.4).
Рабочие клети в станах линейного типа расположены в одну, две, три и более линий, причем каждая линия приводится от отдельного привода или несколько линий приводится от одного электродвигателя. Станы этого типа нереверсивные.
Типы станов. Одноклетевые линейные станы наиболее просты, и оборудование, входящее в линию привода валков, в основном повторяется на станах с более сложным распо-
<0
Рас. 8.1.4. Технологические схемы расположения рабочих клетей прокатных станов: а - линейного типа;
б - с последовательным расположением клетей; в - непрерывного; г - полунепрерывного
ложением рабочих клетей. К станам этой группы относятся блуминги, слябинги, толсто-листовые и др.
Станы с большим числом линий применяют для прокатки сортовых профилей, проволоки и узких полос.
Основные недостатки линейных многоклетевых станов - невозможность постепенного значительного увеличения скорости прокатки в каждой последующий клети одной линии и необходимость поперечного перемещения раската при передаче его от одной клети в другую.
ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ И КИНЕМАТИКА
317
В станах с последовательным расположением рабочих клетей прокатываемая полоса проходит в каждой клети только один раз, поэтому число клетей равно максимальному числу пропусков (проходов), необходимых для обжатия исходной заготовки в готовый профиль. Так как после прокатки в каждой клети длина полосы увеличивается, то увеличивается и расстояние между клетями. Чтобы сократить длину цеха и лучше использовать его площадь, клети располагают в несколько параллельных (возвратных) рядов, обычно в три ряда. Станы этой группы применяют для прокатки сортовых профилей.
Для непрерывных станов характерно то, что металл при прокатке находится в нескольких клетях, а клети располагаются одна за другой на минимально возможном по условиям эксплуатации расстоянии. Скорость вращения валков должна регулироваться так, чтобы расход металла в единицу времени в любой клети был постоянным.
Непрерывные станы высокопроизводительны и наиболее эффективны. Их применяют как станы заготовочные, широкополосные, сортовые, проволочные, станы холодной рулонной прокатки листов, и др.
Полунепрерывные станы состоят из двух групп клетей: непрерывной и линейной или последовательной. В первой группе клетей полоса прокатывается непрерывно, во второй -по принципу линейных или последовательных станов. Полунепрерывные станы обычно применяют для прокатки мелкого сорта, проволоки, а также тонких широких полос.
В зависимости от назначения, т.е. от вида выпускаемой продукции прокатные станы подразделяют на обжимные (блуминги, слябинги), заготовочные, крупносортовые, рельсобалочные, универсальные балочные, среднесортовые, мелкосортовые, проволочные, листовые горячей прокатки, листовые холодной прокатки, волочильные, калибровочные, для горячей прокатки труб, для производства хо-лоднодеформированных труб, для производства сварных труб, профилегибочные, деталепрокатные.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. М.: Металлургия, 1987. 480 с.
2.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. 1987 - 1988. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А. И Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребе-ник и др. М.: Металлургия, 1988. 680 с.
3.	Трубные агрегаты и станы / Под ред. А И. Целикова. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1977. 139 с.
Глава 8.2
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
8.2.1. ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ И КИНЕМАТИКА
Пространство, ограниченное сверху и снизу дугами захвата АВ и А'В' (рис. 8.2.1), боковыми гранями полосы и плоскостями входа и выхода металла из валков, называют геометрическим очагом деформации. Фактический очаг деформации включает в себя внекон-тактные внешние зоны.
Параметрами очага деформации являются: обжатие ДА = Aq - Af уширение ДА = Ь\ - Ь$, дугз. захвата АВ\ горизонтальная проекция дуги захвата АС = 1,
I	,h2
I = 7? sin а = < КДА------» V7?ДА; (8.2.1)
V 4
средняя высота прокатываемой полосы
ZtQ -ь z»l "ср -	2
угол захвата а;
ДА cos а = 1 - —.
(8.2.2)
(8.2.3)
Если диаметры валков различны, то длина дуги захвата равна:
/=.И^-дл.
(8.2.4)
При холодной и горячей прокатке труд-нодеформируемых сталей (полос небольшой толщины) следует учитывать упругую дефор-
р
Рис. 8.2.1. Схема деформации при прокатке: Ао и Ао - исходные высота и ширина полосы, Ai и Ь\ - конечные высота и ширина полосы
318
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
мацию валков, которая вызывает увеличение длины дуги захвата.
В этом случае дуга захвата приближенно будет равна:
/с = (х0 + ^ЛЛЛ + Х^ПС,	(8.2.5)
где Xq - абсолютное приращение дуги захвата от линии, соединяющей центры валков, в направление прокатки;
х0 = s(l - ц£)Я/>ср/(хЕ),	(8.2.6)
(здесь уд - коэффициент Пуассона материала валков; рср - среднее контактное давление; Е -модуль упругости); Ле - поправочный коэффициент для случая прокатки стальной полосы в
стальных валках, зависящий от 8 = —; при
*0
8 > 10 % Ле = 1,0, При 8 < 5 - 10 % Ле = = 1,15 - 1,35.
Для характеристики формоизменения используют коэффициенты деформации'.
коэффициент вытяжки X = L\ / Zq, где Lq и L\ - длина полосы соответственно до и после прокатки;
коэффициент уширения р = b\ / Aq;
коэффициент обжатия д = h\ / Hq.
Исходя из закона постоянства объема деформируемого металла, можно записать:
<8-2-7*
Для обеспечения захвата полосы валками необходимо, чтобы
tga £ ц,	(8.2.8)
где ц - коэффициент трения между прокатываемым металлом и валками; практические значения максимальных углов захвата приведены в табл. 8.2.1.
Превышение скорости выхода прокатываемого металла Vj нал окружной скоростью валков vB называют опережением 5, т.е.
s=v*rvB. VB
(8.2.9)
Опережение определяют из условия постоянства секундного объема прокатываемого металла:
•у = (т”°’5)т2’ \П\ J
(8.2.10)
8.2.1. Углы захвата металла при холодной и горячей прокатке
Прокатываемый металл и условия прокатки	Угол захвата металла*	
	рад	О
Холодная щ Стали и другие металлы, прокатываемые с поджатием валков после захвата: на хорошо шлифованных валках со	юкатка	
смазкой	0,05 - 0,07	3 - 4
на грубых валках без смазки	0,09 - 0,14	5 - 8
Горячая пр	окатка	
Стальные листы	0,31 - 0,38	18 - 22
Алюминий при 350 °C	0,35 - 0,38	20 - 22
Никель при 1100 °C и мельхиор при 950 °C	0,38	22
Латуни Л62 и Л68 при 800 °C	0,37 - 0,42	21 - 24
Стальные сортовые профили	0,38 - 0,42	22 - 24
Медь при 900 °C	0,47	27
Стальные профили в валках с насеченной, рифленой или наваренной поверхностью	0,47 - 0,59	27 - 34
ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ, ЕГО ПАРАМЕТРЫ И КИНЕМАТИКА
319
где у - нейтральный угол, координирующий положение нейтрального сечения высотой йн, в котором скорость прокатываемого металла равна горизонтальной составляющей окружной скорости валков и контактные силы трения изменяют направление (см. рис. 8.2.4).
Нейтральный угол определяют из уравнения равновесия сил, действующих на прокатываемую полосу:
sin у = 0,5 sin а -
(1 - cos а) И
(8.2.11)
При прокатке с натяжением нейтральный угол находят из равенства
siny =	;	(8.2.12)
Л1
1 + J1+(5o8-1)(5i8 + 1)[^]
518 + 1
коэффициент Со учитывает влияние натяжения:
С- = 1-^-	(8.2.15)
<Тф
(здесь <Гф - фактическое напряжение течения металла с учетом его температуры, скорости течения и степени деформации).
Формула Б. П. Бахтинова для условия прокатки широких полос:
AZ>=U5^-(/-yO.	(8.2.16)
2Й! k 2pJ
Формула С. И. Губкина:
a L (. Дй^ ( , ДйА Дй
А/,= 1 + ТГ-Т Т’ <8217) к *1 / к 2 7 Й!
Формула В. И. Зюзина и А. М. Кривен-цова для расчета уширения при прокатке в калибрах:
(8.2.18)
где Ту - сопротивление чистому сдвигу; Сто и 01 - напряжения натяжения соответственно на входе и выходе из валков.
Уширение kb зависит от формы очага деформации, ширины прокатываемой полосы, коэффициента трения, натяжения, формы калибра. Для его расчета используют ряд формул.
Формула А. И. Целикова и А. И. Гришкова [13]:
*L-o,3
С, = 5,97(1 - s) .	+ s,
“	'	’	1,43А
е
где - начальная критическая ширина полосы, соответствующая развитию максимального уширения профиля;
да21.
4p2/J ’
(8.2.19)
Д» = 0СвСо^ - 0,5 у) In^j ,
(8.2.13)
Лф - коэффициент, учитывающий форму калибра;
где
а =0,5 + 0,48е(1 - е);
Q - коэффициент, учитывающий влияние ширины полосы;
Св = fc(l - е) (у - 0,15J е 1 ' + е; (8.2.14)
_	„	Коэффи-
Система калибровки	,
циент Лф
Овал - квадрат, квадрат - овал. 0,7 - 0,74
Квадрат - ромб, ромб - квадрат 0,75 - 0,80
Овал - круг, круг - овал....... 0,78 - 0,82
Овал - ребровой овал.......... 0,82
Ромб - ромб................... 0,85
Ребровой овал - овал.......... 1,20
52	52
к =----ч—; т =	;
о,8562 -1	8-1
При горячей прокатке профилей с натяжением уширение Дй умножают на коэффициент Ст [см. (8.2.15)].
320
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
8.2.2.	КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ МЕЖДУ ПРОКАТЫВАЕМЫМ МЕТАЛЛОМ И ВАЛКАМИ
Коэффициент трения между прокатываемым металлом и валками зависит от состояния контактных поверхностей, условий соприкосновения (химического состава металла, температуры t и скорости прокатки, рода смазки, контактного давления) и типа самого скольжения (жидкостное, граничное, сухое). Взаимодействие всех этих факторов и определяет коэффициент трения, за который обычно принимают среднее по дуге захвата значение.
При прокатке различают следующие коэффициенты трения:
при захвате;
при буксовании валков по всей контактной поверхности;
при установившемся движении, когда скольжение металла по поверхности валков происходит в противоположные стороны от нейтрального сечения.
Коэффициент трения при захвате определяют по формуле Экелуцда
Щах = &1(1,05 - 0,0005/),	(8.2.20)
где к\ = 0,8 для чугунных валков с закаленной поверхностью и к\ = 1,0 для стальных валков.
Б. П. Бахтинов и М. М. Штернов ввели в формулу (8.2.20) коэффициенты, учитывающие влияние: к^ (рис. 8.2.2) - скорости прокатки; к$ - химического состава прокатываемого металла (табл. 8.2.2); t - температура прокатки.
С учетом скорости прокатки V (м/с) по Ш. Гелей коэффициент равен:
для стальных валков
Шах “ 1>05 - 0,0005/ - 0,056v;	(8.2.21)
для закаленных чугунных валков
Шах “ 0,94 - 0,0005/ - 0,056v;	(8.2.22)
Рас. 8.2.2. Значение коэффициента йг, учитывающего влияние скорости прокатки
для шлифованных валков стальных и закаленных чугунных
Шах в 0,82 - 0,0005/ - 0,056v.	(8.2.23)
Коэффициент трения при буксовании и установившемся движении меньше, чем при захвате. При горячей прокатке стали (СтЗ) можно принять
Мзах / Мбук = 1,25 - 2,0.
Коэффициент трения при буксовании определяют экспериментально следующими способами:
1)	прокаткой с постепенным увеличением обжатия до предельного, когда начнется буксование валков по металлу; в этом случае
^=«8^;
2)	прокаткой клиновидных образцов до начала буксования;
3)	приложением к прокатываемой полосе внешней продольной силы, действующей против направления ее движения (способ И. М. Павлова).
8.2.2. Значения поправочного коэффициента к$, учитывающего влияние состава сталей на коэффициент трения
Класс стали	Типовая марка стали	К
Ледебуритные	РФ1	1,10
Перлитомартенситные	ЩХ15	1,30
Аустенитные	ХВН4Т9	1,40
Аустенитные с включением феррита или ледебурита	12Х18Н9Т	1,47
Ферритные	1Х17Ю5	1,55
Примечание. Для углеродистых сталей k$ = 1,0; для сплавов на никелевой основе типа Х15Н60 к3 = 1,6.
КОЭФФИЦИЕНТ ТРЕНИЯ МЕЖДУ ПРОКАТЫВАЕМЫМ МЕТАЛЛОМ И ВАЛКАМИ
321
Коэффициент трения при установившемся движении находят:
1)	по величине опережения;
2)	измерением касательных сил на контактной поверхности (способ А. П. Чекмарева и П. Л. Клименко);
3)	измерением силы и момента прокатки образцов с боковыми внеконтакгными зонами (способ Г. С. Никитина и Р. И. Ритма-на).
Значение коэффициента трения находится в следующих пределах:
при горячей прокатке:
Цу = 0,2 - 0,4 - установившийся процесс;
Шах = 0,3 - 0,6 - захват;
при холодной прокатке:
цу = 0,03 - 0,15 - установившийся процесс;
Шах = 0,1 - 0,2 - захват.
В табл. 8.2.3 - 8.2.5 приведены значения коэффициента трения при прокатке [2].
8.2.3. Коэффициент трения Щад при горячей прокатке цветных металлов в момент захвата (по данным А. А. Преснякова)
Металл	Температура, °C	Изах
Медь	900	0,52
Латунь Л63	800	0,45
Латунь Л68	800	0,38
Мельхиор НМ-81	*	950	0,40
Никель	1100	0,40
8.2.4. Коэффициент трения ц при горячей прокатке стали
Температура прокатки, °C	Коэффициент трения при скорости прокатки, м/с				
	<0,62	0,3 - 0,5	0,5 - 1,0	1,0 - 1,5	1,5 - 2,5
800	0,53 - 0,66	0,44 - 0,49	0,34 - 0,39	0,29 - 0,33	0,17 - 0,20
900	0,50 - 0,57	0,38 - 0,46	0,32 - 0,37	0,24 - 0,32	0,17 - 0,24
1000	0,45 - 0,54	0,37 - 0,44	0,28 - 0,34	0,25 - 0,29	0,17 - 0,23
1100	0,41 - 0,49	0,33 - 0,38	0,26 - 0,34	0,26 - 0,29	0,18 - 0,23
1200	0,40 - 0,43	0,32 - 0,38	0,30 - 0,34	0,22 - 0,27	0,18 - 0,21
8.2.5. Коэффициент трения при холодной прокатке
По данным П. В. Виттона и X. Форда (прокатываемый материал - сталь с содержанием 0,8 % С; инструмент - полированные валки)
Смазка	Номер прохода	Обжатие за проход, %	М-
Валки и ленты чистые и сухие	1	15,0	0,085
Керосин	1	16,5	0,080
	2	17,0	0,068
	3	22,0	0,060
Керосин с добавлением, %:			
стеариновой кислоты 1,0	1	16,7	0,075
серы 0,6	1	17,0	0,071
стеарата меди 5,0	2	16,8	0,063
-" - натрия 5,0	3	24,0	0,060 0,058
- " - свинца 5,0	2	17,3	
олеата свинца 6,0	2	17,4	0,058
лауриновой кислоты 1,0	3	24,3	0,053
	2	18,8	0,052
олеата натрия 5,0	4	23,0	0,049
пальмитиновой кислоты 1,0	3	22,0	0,043
11 Зак 108
322
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
Продолжение табл. 8.2.5
Смазка	Номер прохода	Обжатие за проход, %	И
Графит: 68 / 615 в масле	1	15,5	0,072
615	4	24,5	0,047
Масло: цилиндровое (эссо бейвест)	4	27,5	0,050
веретенное светлое (эссо 885)	3	24,0	0,052
оливковое	2	18,1	0,057
касторовое	4	23,0	0,045
Ланолин	4	26,5	0,041
Камфарный цвет	4	27,2	0,038
По данным Е. С. Рокотяна
Прокатываемый материал	ц при прокатке		
	без смазки	со смазкой	
		Керосин	Минеральное масло
Сталь 10 кп	0,16 - 0,24	0,12 - 0,14	0,08 - 0,10
Медь	0,16 - 0,20	0,10 - 0,12	0,08 - 0,10
Алюминий	0,16 - 0,24	0,08 - 0,12	0,06 - 0,07
Латунь	0,10 - 0,12	0,05	0,04
Цинк	0,20 - 0,24	0,10 - 0,12	
По рекомендациям А. В. Третьякова (прокатываемый материал - сталь; инструмент - шлифованные валки)
Смазка	ц при скорости прокатки, м/с			
	3	10	20	20
Эмульсия	0,14	0,12 - 0,10	-	-
Минеральное масло	0,12 - 0,10	0,10 - 0,09	0,08	0,06
Пальмовое масло	0,08	0,06	0,05	0,03
8.2.3. ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ ПРОКАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА
При пластической деформации напряжения превышают предел упругости и их связь с деформациями уже не определяется законом Гука Такое состояние металла называют пластическим. Согласно теории Сен-Венана оно наступает в том случае, если максимальная разность главных нормальных напряжений равна напряжению течения (фактическому сопротивлению деформации):
О1 - оз = ст,	(8.2.24)
где
СТ = «г /1Е пи CTj = СТф,
т.е. напряжение течений зависит от предела текучести, определяемого в статических условиях, а влияние температуры Т, степени (с) и
скорости (и) деформации учитывается коэффициентами соответственно Пр пе и пи. Согласно теории М. Губера, 3. Мизеса и Г. Генки пластическая деформация наступает тогда, когда интенсивность напряжений достигает значения, равного пределу текучести (напряженного течения):
-СТ2)2 + (ст2 - стз)2 + (ст3 -ст1)2 =
= а.	(8.2.25)
Уравнение (8.2.25) учитывает влияние среднего главного напряжения на условие перехода упругой деформации в пластическую. Анализ этого уравнения показывает, что пластическая деформация тела наступает при следующем условии - потенциальная энергия
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ДУГЕ ЗАХВАТА
323
упругой деформации, направленная на изменение формы тела, достигает определенного значения независимо от схемы напряженного состояния. При введении в уравнение (8.2.25) вспомогательной безразмерной величины

G1+CT3
g2'ZTZ
gj ~ст3
2
уравй^ние (8.2.25) можно представить в виде: \	2
СТ1 -ст3 = /	'
V^2 +3
ще £ = -1 ... +1. При Ст2 = СТ1 нлн ст2 = ст3 получим (8.2.24).
При плоскодеформированном состоянии, когда Ст2 ~ (ст1 + стз) / 2> 41X3 соответствует £ = О,
Ст1 - Стз = -т=-ст = 1,15ст = 2tj. \3
8.2.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПО ДУГЕ ЗАХВАТА ПРИ ДВУХМЕРНОЙ
ДЕФОРМАЦИИ
Из условия равновесия элемента abed (рис. 8.2.3), выделенного в очаге деформации (валки цилиндрические, толщина прокатываемой полосы постоянная), выводится уравнение
тх
dox ~(Рх	- °,
V xf hx tg<px hx
(8.2.26)
где px - нормальное радиальное контактное напряжение; стх - среднее нормальное напряжение сжатия; тх - касательное контактное напряжение; знак плюс перед третьим членом уравнения относится к зоне отставания, знак
Рис. 8.2.3. Контактные напряжения в зоне отставания прокатываемого металла
минус - к зоне опережения, где металл, соприкасающийся с валками, скользит в направлении вращения валков.
Для решения этого уравнения используем условие пластичности для двухмерной деформации. Приняв за главные напряжения в рассматриваемом элементе вертикальные (ст1 = Рх) и горизонтальные (03 = ох) напряжения, получим:
Px ~ °х =	(8.2.27)
2 где Tj =	- касательное напряжение при
\3
чистом сдвиге.
Подставив (8.2.27) в (8.2.26) получим основное дифференциальное уравнение для определения контактного напряжения
(8.2.28)
Постоянные величины, получающиеся при интегрировании уравнения (8.2.28), определяют из начальных условий - контактные напряжения в точках А и В, согласно (8.2.27), равны:
РЛ =	- °Л =
(8.2.29) Рв = 2т, - ад = 2тЛ1;
где и ар - напряжения растяжения в прокатываемой полосе от натяжения в точках А и В.
Напряжение т^ изменяется по контактной поверхности из-за упрочнения металла, разной скорости деформации и температуры в начале и конце дуги захвата. Точность решения уравнения (8.2.28) существенно не изменится, если значения Ту усреднить по дуге захвата, т.е.
Tj = t	(8.2.30)
Тогда дифференциальное уравнение контактных напряжений примет вид:
dpx = Гзх, ±-^-1	(8.2.31)
Х I ' tg<pj hx
Для решения этого уравнения необходимо знать закономерность изменения касательных напряжений Ту по дуге захвата. Впервые определение сил прокатки с учетом контактных сил трения было выполнено Т. Карманом, принявшим скольжение по всей дуге захвата, когда тх = цДх (теория сухого трения). Согласно теории Э. Зибеля силы трения по дуге по
11*
324
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
стоянны и равны 2tji (теория постоянных сил трения). Позднее А. Надам выдвинул теорию контактных сил трения, основанную на предположении, что между металлом и валками возникает жидкостное трение. Эти теории объясняют только некоторые частные случаи прокатки. А. И. Целиков, заменив дугу захвата двумя хордами, получил формулу для подсчета контактных нормальных напряжений при хх =
=
для зоны отставания
для зоны опережения
пряжение рх определяют по (8.2.32) и (8.2.33), причем 8ас = Ц / tgep^c и = ц /
На участках СЕ и FD, где хх — Ту так как ц = 0,5, значение рх подсчитывают по уравнениям:
для зоны отставания
Рх -
= Рс +2Ъ/г- arct8-7=
Pi I 7ЛА1
- arctg
(8.2.34) для зоны опережения
Где
(8.2.33)
Рх -
80-----*-
tg^L±I
Из анализа закона распределения контактных напряжений по дуге захвата следует, что эти напряжения зависят от коэффициента внешнего трения, высоты прокатываемой полосы, относительного обжатия, диаметра валков и натяжения (подпора) прокатываемого металла на входе его в валки и выходе из валков.
Для случая объемной трехмерной деформации в работе [3] приведены решения для условий трения: хх = ррх и хх = хj. Н. А. Соболевский выдвинул идею о наличии между зонами скольжения опережения и отставания зоны прилипания, где металл движется со скоростью валков.
А. И. Целиковым разработана теория распределения по дуге захвата контактных напряжений, в соответствии с которой им предложено определять силы трения в зависимости от отношения длины дуги захвата к средней высоте сечения прокатываемой полосы: / / Лср. При / / Лср > 5 на дуге захвата имеются зоны скольжения опережения и отставания, соответствующие дугам BD и АС (рис. 8.2.4), зона прилипания CD в которой находится участок заторможенной деформации ЕЕ Для участков АС и BD нормальное на-
(8.2.35)
В средней части зоны прилипания вблизи нейтрального сечения находится участок заторможенной деформации, где силы трения изменяются по закону, близкому к линейному. Для этого участка
Т, « Ь	п, (8.2.36)
Ief^&PEF M&PEF
где т] - коэффициент, характеризующий интенсивность изменения хх на участке EF, протяженность которого зависит от высоты сечения прокатываемой полосы в нейтральном сечении и коэффициента трения. Ориентировочно при горячей прокатке
(ЕЕ « (0,5 - 2,0)Лср и при холодной прокатке
Zef« (0,3 - 1,0)Лср.
Значения рх на участке EF находят по уравнению
Рх = Ре + -фЦЬЕ - hj -
-(2- ЛАн)1п^- ,
где
Л= 1 п
/ее*в2фее 2М£2фее
(8.2.37)
(8.2.38)
ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ЗОН НА КОНТАКТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
325
Рис. 8.2.4. Эпюры контактных нормальных и касательных напряжений по дуге захвата:
а - при / / h > 5 и tga < ц; б - при / / Л > 5 и tga > ц; в - при //А = 2-5;г- при / / h = 0,5 - 2; 1 - зона отставания; 2 - зона опережения; 3 - зона скольжения отставания; 4 - зона скольжения опережения;
5 - зона прилипания; 6 - участок заторможенной деформации
Максимум контактного напряжения расположен в сечении, для которого
8.2.5. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ЗОН НА КОНТАКТНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ
2 Лх=Лн+т- (8-2.39)
А
При / / йср = 2-5 участки СЕ и FD могут отсутствовать. Для оставшихся участков AC, CD и DB значения рх. рассчитывают по уравнениям (8.2.32), (8.2.33) и (8.2.37). При / / йср = 0,5 - 2 зона прилипания занимает всю дугу захвата, и нормальные напряжения определяют по уравнению (8.2.37). При / / йср < 0,5 деформация сжатия не проникает через все сечение, касательные напряжения невелики. В этом случае нормальные напряжения зависят от продольных внешних зон.
Части прокатываемой полосы, примыкающие к геометрическому очагу деформации, оказывают существенное влияние на контактные напряжения. При / / йср <1,0 деформация сжатия не проникает через все поперечное сечение полосы, а локализуется в зонах, прилегающих к контактным поверхностям, и расположенных рядом внеконтакгных зонах. Неравномерность распределения деформаций по высоте сечений приводит к росту нормальных контактных напряжений на значение коэффициента напряженного состояния л£, учитывающего влияния внеконтакгных зон.
326
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
В интервале 0,05 £ / / Аср < 1 коэффициент с достаточной точностью определяется уравнением
«S =р/Лср) °’4-	(8.2.40)
Максимальное значение л" при // Аср « « 0 будет близким к теоретическому, полученному по формуле Прандтля для случая вдавливания узкого штампа в пластичное тело неограниченных размеров по высоте и ширине, т.е. л; = 2,57.
На практике встречаются случаи, когда кроме продольных внешних зон есть еще и боковые внешние зоны. Так, например, при прокатке в овальных и ромбических калибрах, при поперечно-винтовой прокатке, при прокатке труб и различных профилей контактная поверхность обычно несколько меньше ширины проката, и неконтакгируемые объемы являются внешними зонами. Аналогичная картина возникает при вытяжке круглых профилей плоскими бойками, при прокатке проволоки на гладкой бочке (плющение).
Коэффициент л", учитывающий влияние боковых зон, зависит от коэффициента внешнего трения ц, отношения I / Лср и отношения площадей сечений контактируемых (обжимаемых, Fo) и неконтактируемых (боковых, /б) с инструментом участков полосы: В
(8.2.41)
В интервале 0,2 < l/hcp < 5
«2б в 0,6 + 0,4F/ Fq, (8.2.42)
где F- площадь всего сечения.
8.2.6. РАСЧЕТ СИЛЫ ПРОКАТКИ
Факторы, определяющие силу прокатки. Силу прокатки, действующую на валки в вертикальном направлении, определяют по формуле
Р=РсрЛ	(8.2.43)
где рср - среднее контактное нормальное напряжение (контактное давление); F - горизонтальная проекция контактной площади металла с валками.
Значение F зависит от геометрических размеров очага деформации, т.е. размеров валков и полосы до и после прокатки. На контактное давление влияют два фактора - меха-
нические свойства прокатываемого металла (напряжение течения а) при пластической деформации и характер напряженного состояния. В общем виде контактное давление определяют по формуле
Р = уЛоСТ,
(8.2.44)
где у - коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения п<? ~ коэффициент напряженного состояния.
При двухмерной деформации, когда уширением можно пренебречь, у = 1,15, а при прокатке со свободным уширением и при отношении b / I» 1 коэффициент у = 1.
В случае трехмерной деформации значение у можно определить по формуле М. Л. За-рощинского
у = I Ч£1~сг)	,
Vе! ~е2)2 +(е1 - Ез)2 +(е2 — ез)2
(8.2.45)
где ej - ез - логарифмические деформации.
В. С. Смирнов [И], используя теорию размерностей, получил зависимости:
г = 1+-^
3 Аср
при
при
*ср 0,465
< ъ	»
^ср Ц
Т=^=1Д5
^ср 0,465
^ср Н
(8.2.46)
Второй сомножитель в формуле (8.2.44) можно представить в виде произведения коэффициентов:
Ло = «а^”а«абл/,>	(8.2.47)
где л„, п„, л" л^, пЬ " учитывают влияние соответственно внешнего трения, продольных внешних зон, натяжения, внеконтакгных боковых зон и ширины прокатываемой полосы.
При прокатке профилей прямоугольного сечения в гладких валках контактная площадь
F = //>ср.	(8.2.48)
Среднюю ширину полосы Ьср определяют как среднее арифметическое ее ширины на
РАСЧЕТ СИЛЫ ПРОКАТКИ
327
входе (Ао) и ширины на выходе из валков (Ь\). Определение длины дуги захвата приведено в п. 8.2.1.
При прокатке металла в калибрах (например, при прокатке круга, овала, уголков и др.) контактную площадь определяют графически, аналитически [13] или графоаналитически [13]. При графическом способе калибр с находящейся в нем прокатываемой полосой вычерчивают в трех проекциях и, нанеся линии пересечения валка с поступающей полосой (рис. 8.2.5), определяют площадь контакта.
Контактную площадь можно определить методом приведенной полосы. По этому методу обжатие ДА принимают равным:
ДА =	(8.2.49)
A)
те Fq и F\ - площади сечений профиля соответственно до и после прокатки.
Катающий радиус принимают равным:
R* = 0,5(D - F\ / Ai), (8.2.50)
где D - расстояние между осями валков.
Влияние внешнего трения при прокатке. В общем случае двухмерной деформации при отношении I / Аср > 5 средняя ордината эпюры распределения нормального’ контактного напряжения (контактного давления) вдоль дуги захвата (для Аср = 1) будет
/
Рср =7	(8.2.51)
0
При подстановке в эту формулу значений, найденных по уравнениям (8.2.32 -8.2.37), коэффициент напряженного состояния с учетом влияния внешнего трения определяют как средний коэффициент пяти участков (см. рис. 8.2.4):
«а
^ср 1Д5ст
Рис. 8.2.5. Определение контактной площади графическим способом
где пАС> пСЕ и nEF ~ частные коэффициенты напряженного состояния для участков АС, СЕ, EF и т.д. Каждый из частных коэффициентов можно подсчитать, если подставить в уравнение (8.2.51) функциональную зависимость рх — Дх), соответствующую данному участку (см. п. 8.2.4).
На практике применяют упрощенные способы, полагая, что для случая горячей прокатки при 7/Аср > 2 всю дугу захвата занимают зоны скольжения АС и DB, при / / Аср < 4 -зоны прилипания CF и FD, при / / Аср < 2 -зона затрудненной деформации EF. Для всех случаев холодной прокатки можно принять, что всю длину дуги захвата занимают участки скольжения АС и DB. Подставив в уравнение (8.2.51) соответствующие зависимости рх — = fix), получим формулы для разных случаев прокатки.
В случае горячей прокатки при I / Аср = 1 - 2
л;=1 + т^-;	(8.2.53)
о Аср
при / / Аср = 2 - 4
= 2*н [(ММ8 - 1]ДАА(8 - 0] • <8-2-54> где
1
5 = 2ц//ДА;	(8.2.56)
при / / Аср > 4
л;=1 + т^--	(8.2.57)
4 Аср
В случае холодной прокатки при //Аср > >1-5 n'Q определяют по формулам (8.2.54) и (8.2.55).
Среднее контактное напряжение при прокатке в калибрах будет больше, чем при прокатке на гладкой бочке:
Рср = ^кРср>	(8.2.58)
где лк - коэффициент, учитывающий влияние боковых стенок калибра; р'ср - контактное напряжение (давление) при прокатке на гладкой бочке.
328
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
Зависимость коэффициента п* от параметров очага деформации получена Г. С. Никитиным в результате сравнения контактного давления при вытяжке в плоских и калиброванных бойках:
(8.2.59)
где а - угол охвата полосы калибром; у - коэффициент, учитывающий влияние среднего главного напряжения; ц - коэффициент трения.
На основании анализа экспериментальных данных [4] предложено п* определять по формуле
Лк = 0,7 + 0,3—--.	(8.2.60)
Влияния натяжения на контактное давление. Натяжение снижает контактное давление на величину (сто + ctj) / 2, где ctq и ctj -напряжения в прокатываемой полосе соответственно при входе в валки и выходе из них, и может быть подсчитано по формулам (8.2.31), (8.2.32) и (8.2.33).
Коэффициент натяжения равен [14]:
Hg'=l-g(> tgl у (8.2.61)
VI г т о г
= 0^7-^-^
ер “	2
где ctJo и ст^ - напряжения течения материала полосы соответственно до и после обжатия
Влияние ширины полосы на контактное давление. С уменьшением ширины полосы, когда b / I < 5, вследствие снижения влияния внешнего трения, контактное давление уменьшается на величину Л/>. Этот коэффициент определяют из сравнения контактных давлений при осадке параллелепипедов со сторонами а х b х /, но в одном из параллелепипедов бесконечно большая сторона Z>, т.е. при Ь» I
пЬ
ЗЬр-1 I 6l>cp ^ср
2h
(8.2.62)
8.2.7.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Напряжение течения ст при линейной деформации зависит от химического состава материала, температуры, скорости и степени деформации, а также от продолжительности междеформационной паузы.
В процессе горячей деформации одновременно происходят два процесса - упрочнение и разупрочнение (динамическое - во время деформации и статическое - во время междеформационной паузы).
Современный процесс прокатки, как правило, многоступенчатый, т.е. между последовательными пропусками металла через валки
имеются паузы, длительность которых зависит от конструктивных параметров стана и технологических режимов прокатки. При небольших паузах (в чистовых группах непрерыв-
ных широкополосных и проволочных станов) происходит накопление деформационного упрочнения от пропуска к пропуску
а - холодной; б и в - горячей изотермической с паузами, соответственно с остаточным упрочнением и
при полном разупрочнении; /деф ~ время деформации; /п - время паузы
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
329
Факторы, определяющие напряжение течения, изменяются в следующих диапазонах: температура 800 - 1250 °C;
скорость деформации 0,1 - 2500 с-1;
частная степень деформации 0,1 - 0,5;
суммарная степень деформации 0,25 - 6.
Экспериментальные изотермические зависимости напряжения течения получают на пластометрах растяжения или сжатия образцов (скорости деформации изменяются во времени по такому же закону, что и при прокатке) и машинах для скручивания трубчатых и цилиндрических образцов (рис. 8.2.7).
б)
а)
Рис. 8.2.7. Зависимость напряжения течения от температуры, скорости и логарифмической деформации, полученная на пластометре: а - для малоуглеродистой стали с содержанием, %:
С 0,15; Мп 0,68; (П. Кук); б - для коррозионно-стойкой стали с содержанием, %: С 0,07; Сг 18,0; Ni 7,7 (П. Кук);
в - для коррозионно-стойкой стали методом кручения (Г. С. Никитин, И. Г. Зуев)
330
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
По этой методике (разработана В. И. Зюзиным, М. Я. Бровманом и др.) за напряжение течения принимают среднее значение напряжения растяжения (сжатия) за полный цикл нагружения; скорость и степень деформации также усредняют, при этом конечную деформацию принимают равной вытяжке. Результаты экспериментов обрабатывают методом термомеханических коэффициентов, который заключается в следующем [12].
За исходное значение д ля расчета напряжения течения принимают базисное (основное) значение стод в динамической области, найденное при е = 0,1, Т = 1273 К и и = 10 с1. Отношение искомого значения напряжения течения ст в зависимости от каждого из перечисленных параметров к стод выражаются в виде термомеханических коэффициентов:
стт/	сте/	стш-
стод	сто.д	сто.д
где ку, ке, ки - коэффициенты, учитывающие соответственно температуру, степень и скорость деформации;
cttz при е = const, и - const;
сте/- —fiz) при Т = const, и = const;
стш- —flu) при Т = const, 8 = const.
Значения к^, к^ ки являются усредненными во всей области испытаний.
Напряжение течения (табл. 8.2.6) для условий деформации определяют по уравнению
или
(8.2.63)
(8.2.64)
термомеханические коэффициенты - по формулам:
fcT = А^-т'Т',	(8.2.65)
ке=А2^;	(8.2.66)
ки =А3итз,	(8.2.67)
где А = А\ А2 Лз; А\ - Л3,	- т?, - коэффи-
циенты для различных сталей при частных деформациях до 40 % [12].
8.2.6. Эмпирические формулы для определения напряжения течения в условиях деформации
Марка материала	Г, °C	е, %	Напряжение течения ст
Сталь:			
45	800 - 1200		133£0.252ц0Л43 *,0,0025
40X13 (4X13, ЭЖ4)	900 - 1200	0,05 - 0,40	430е°.28ц°.087 ео,оозз
12Х18Н9Т (Х18Н9Т)	900 - 1200		325е0.28и°.087 е0,0028
Сплав:			
ХН78Т (ЭИ435)	900 - 1200		89О£0.35ц0.098 *,0,0032
ХН75МБТЮ (ЭИ602)	900 - 1200	0,05 - 0,25	1330£0.35ц0,098 е0,0032
Примечание. Скорость деформации и сталей и сплавов всех марок в диапазоне 0,1 - 100 с'1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
331
Аналогичную зависимость получили М. Хайдук [8], Л. В. Андреюк [6] и др.
Аналитическую формулу с использованием экспериментальных данных (рис. 8.2.7, в), полученных при кручении цилиндрических образцов предложили Г. С. Никитин и И. Г. Зуев [9]. Ее применяют для расчета напряжения течения ст в широком диапазоне изменения температуры Г, скорости и и степени дефор-
1 АО
мации 8 = ш —:
Л1
Пил П «XI И*1 Г	I
стоп "° + De X1 - oqU 60 - стуи y x
(8.2.68)
где сто - экстраполированный предел текучести; Сто = Итст, при 8 —> 0; D - модуль началь-п г d<T
ного упрочнения; D = lim ——; ctv - у стан о-ds 7
вившееся напряжение течения при 8 —> 8у; Sy - степень деформации, начиная с которой значение ст постоянно; ст = сту; 6j^,8x ,8Х -характеристические степени деформации, при которых наступает максимум деформационного упрочнения;
и	и
Sx' = А^’	~~Аг'
здесь Ai и А2 - скорости динамического разупрочнения на основе соответственно механизма возврата и структурных превращений вследствие рекристаллизации и теплового эффекта; 8^ - характеристическая степень деформации опытной кривой ст - s; nUQ, -коэффициенты, учитывающие влияние скорости деформации соответственно на сто и сту; Пу - коэффициент, учитывающий влияние температуры на ст; при 8 = const
«т =
1	Г1 1
1ПСТ! -“1пст2
72
Т2
(8.2.69)
(здесь Ту и ?2 - базовые температуры, при которых определяют соответственно сто, D, сту и ст2)’ Для более точного определения ст значение Пу находят при температурах Ту и 72,
причем 71 < Т < Т2, т.е. эти температуры являются ближайшими исследованными температурами; и лб2 - коэффициенты, учитывающие влияние скорости деформации соответственно на 8Xj и 8Х2 .
Для определения всех параметров в формуле (8.2.68) необходимо провести кручение образцов при температурах Ту и Т2 и скоростях иу и U2 деформации. В табл. 8.2.7 приведены значения параметров сто, D, 8Хо , 8Xj , 8Х2 и сту этой формулы, полученные при и = = 1 С’1 и Тб = 1000 °C.
Этот метод позволяет определить силу прокатки на непрерывных высокоскоростных, мелкосортных планетарных, роликовых и планетарно-винтовых станах [9], когда междеформационные паузы невелики, а логарифмическая деформация достигает величины 2-3.
Разупрочнение во время пауз зависит от марки стали, температуры, продолжительности паузы и номера цикла. При паузе 1 с и температуре 1100 °C степень разупрочнения стали 12Х18Н10Т не превышает 15 - 20 %, а при температуре 1200 °C после нескольких циклов нагружения достигает 60 %. При паузе 5 с степень разупрочнения достигает 60 % при 1100 °C.
Аналитический метод расчета напряжения течения высоколегированных сталей и сплавов с учетом остаточного упрочнения приведен в работах [5, 7, 13].
Для расчета изменения напряжения течения углеродистых сталей в межклетевом промежутке листовых станов в зависимости от времени и с учетом температуры металла предложена зависимость (Ю. Д. Железнов и ДР.) [5]
Дсттк = Дстт.не-Х<4’14 - 0.00367),	(8.2.70)
где Дсттк и Дсттн - остаточные упрочнения металла соответственно через время т (в конце межклетевого промежутка) и при т = 0 (в начале межклетевого промежутка)..
Остаточное упрочнение на* выходе из любой клети непрерывной группы
Дстт н = CTj — ст?, (8.2.71) где ст^ и ст? - напряжения течения, рассчитанные для следующих условий выхода металла из данной клети: (s, н, 7) и (s = 0, ы, 7):
ст* = 125e~Q'QQ37T kzkc;
(8.2.72) ст?=69в-°да7^с,
8.2.7. Значения параметров деформационного упрочнения в аналитической формуле (8.2.68), определенные по опьпным данным при кручении образцов
Марка стали	Г, °C	*0	D			ч	Gy,	"«0	«У			«г гч>
образца		МПа					МПа					
СтЗкп	600	320	252	0,40	0,770	0,835	200	0,110	0,115	0,115	0,075	
	700	230	120	0,32	0,540	0,785	170	0,082	0,113	0,050	0,043	8,96
	800	85	480	0,60	0,420	1,380	160	0,137	0,150	0,115	0,095	
	900	60	615	0,35	0,268	1,060	85	0,1465	0,138	0,100	0,043	
	1000	45	540	0,33	0,254	1,125	62	0,1800	0,130	0,069	0,045	5,96
	1100	31	450	0,30	0,244	1,140	45	0,2000	0,180	0,144	0,080	
	1200	26	407	0,25	0,205	1,1085	35	0,2060	0,190	0,069	0,061	
45	700	220	840	0,09	0,108	0,530	190	0,100	0,137	0,029	0,046	
	800	85,5	820	0,50	0,372	1,450	117,5	0,120	0,172	0,072	0,068	
	900	61,5	620	0,43	0,330	1,285	83	0,120	0,140	0,119	0,050	6,53
	1000	40	500	0,40	0,310	1,440	56	0,161	0,155	0,081	0,030	
	1100	26	460	0,36	0,280	1,250	44	0,206	0,108	0,104	0,130	
	1200	19	355	0,33	0,260	1,190	35	0,220	0,138	0,069	0,061	
55СМ5ФА	900	103	605	0,51	-	-	103	0,123	-	0,089	-	7,90
	1100	55	265	0,43			55	0,152		0,069		
08Х18Н10Т	800	214	574	0,75	0,495	1,43	340	0,056	0,068	0,100	0,0880	
	900	167	462	0,70	0,480	1,47	240	0,088	0,088	0,107	0,0865	
	1000	114	442	0,65	0,463	1,59	160	0,105	0,113	0,088	0,0560	7,03
	1100	75	310	0,60	0,425	1,47	132	0,127	0,130	0,051	0,0280	
	1200	47	306	0,55	0,415	1,69	75	0,147	0,100	0,059	0,0072	
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ ТЕЧЕНИЯ ПРИ ЛИНЕЙНОЙ ДЕФОРМАЦИИ
333
где кв - поправочный коэффициент, учитывающий отношение ст при данной степени деформации £ к ст, определенному при тех же значениях и и Г, но при £ = 0,3;
кв « -1,57е2 + 1,65£ + 0,648;	(8.2.73)
где кс - коэффициент, численно равный отношению напряжения течения ст низкоуглеродистой стали какой-либо марки к ст стали 08кп;
Марка
стали....	08кп	Ст2кп	СтЗкп	СтЗсп	Юсп
к,..... 1,0	1,03	1,07	1,15	1,17
Для стали 08кп в диапазоне температур Т = 700 - 1200 °C при £ = 0,05 - 0,5 и и = = 0,005 - 300 с-1 напряжение течения определяют из выражения
СТТ s 99,180,229^0,177^-0,0024Г	(8.2.74)
Остаточное упрочнение на выходе из клети определяют по выражению
Датн = 125e-°10037r(*i - 0,55)^. (8.2.75)
Значение дополнительной относительной деформации £', соответствующее остаточному упрочнению металла Дстт.к равно:
z\ = 0,07^ + 0,0\5kz. - 0,085,	(8.2.76)
где
= ^е/^е=0*
Окончательная формула для определения напряжений течения в данной клети
СТТ = 99,1(£ + 8,)°’229W0’177^'°’00247X:.
(8.2.77)
При холодной прокатке, когда температура металла ниже температуры рекристаллизации, влияние скорости деформации незначительно и напряжение течения повышается в основном вследствие упрочнения.
На рис. 8.2.8 приведены зависимости условного предела текучести сто,2 от степени деформации (наклепа). При обработке этих данных для определения сто,2 и ств получены формулы [12]:
Марка стали	Сто,2	ств
10 ........... 30 + 2,95s0»64	57 + 2,78s0’62
20 ........... 37,5 + 3,16s0’64	51 + 0,58s0’98
50 ........... 40 + 10s0’47	67,5 + 1,74s0’8.
Pic. 8.2.8. Зависимость предела текучести стт от обжатия s [12] при холодной прокатке предварительно обжатых до разных степеней деформации sa лент из сталей, содержащих, %:
а - С 0,63; Мп 0,62; б - С 0,10; Мп 0,45; в - С 0,93; Мп 0,62
334
Глава 8.2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
Так как при прокатке степень деформации - величина переменная по дуге захвата, то рассчитывать силы прокатки правильнее при среднем значении деформации:
2 ДА
Ес’  3 й •
Значение средней деформации по рекомендации Д. Р. Бленда и X. Форда для л-го пропуска металла:
^сря	- 1 + 0,6бя,	(8.2.78)
где sn . 1 и гп - суммарные относительные деформации соответственно перед и после пропуска [15].
8.2.8.	НАПРАВЛЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВАЛКИ ПРИ ПРОКАТКЕ
Силы, приложенные от прокатываемого металла к валку, слагаются из нормальных и касательных сил. Направления равнодействующих этих сил зависят от способа и условий прокатки: в каждом отдельном случае направление равнодействующей можно определить из условия равновесия прокатываемой полосы [13]. Равнодействующие силы будут направлены вертикально, если оси валков расположены горизонтально, оба валка приводные и имеют равные диаметры и окружные скорости; прокатываемый металл однороден по своим механическим свойствам; полоса движется равномерно и на нее не действуют какие-либо другие силы, кроме сил, направленных от валков.
Однако, на практике не всегда соблюдают все эти условия, и тогда равнодействующая не будет направлена вертикально (см. рис. 8.2.9). Определение параметров несимметричной прокатки при неодинаковых диаметрах валков на основе введения в расчет угла наклона полосы дано в работе [10].
8.2.9.	МОМЕНТ И МОЩНОСТЬ ПРОКАТКИ
Момент прокатки. Момент на валу двигателя, необходимый для привода валков прокатного стана, равен сумме четырех величин
Л/дв -
^пр i
+ ^х.х + -^дин >
+ А/ур
(8.2.79)
где Л/пр - момент прокатки, необходимый для преодоления сопротивления деформации прокатываемого металла и возникающих при этом сил трения металла по поверхности валков; i -передаточное число передачи между валками и двигателем; - приведенный к валу двигателя момент добавочных сил трения, возникающих при проходе прокатываемого металла
между валками в подшипниках валков, в передаточном механизме и в других частях стана, но без учета момента, требующегося на вращение валков стана при холостом ходе; Л/х х -момент холостого хода, т.е. момент, требующийся для привода стана во время холостого хода; Мдан - динамический момент на валу двигателя, необходимый для преодоления инерционных усилий, возникающих при неравномерном вращении валков.
Первые три величины, составляющие нагрузку привода валков, представляют собой в сумме статический момент Отношение момента прокатки, приведенного к валу двигателя, к полному статическому моменту называют КПД прокатного стана:
^пр
п =	.	(8.2.80)
—т^ + Л/тр+А/ХХ
В зависимости от режима прокатки и устройства стана (главным образом, от конструкции подшипников прокатных валков) КПД стана может колебаться в довольно широких пределах. В среднем Т| = 0,5 - 0,95.
Динамический момент возникает лишь в станах, работающих с неравномерным вращением валков - в станах с маховиком и в станах с регулируемой скоростью прокатки в течение рабочего хода, в том числе и в реверсивных. Динамический момент находят по формуле
mD2 de> d®
М. ttmti -	~— — 1 —z ,	(8.2.81)
“ИН 4 d( dt ’
где mD1 - маховой момент; I - момент инер-ции вращающихся частей стана, приведенный d<o
к валу двигателя; —— - угловое ускорение, ш
В качестве примера приведем составляющие моменты двигателя для обжимного стана, %: момент прокатки 50 - 60; динамический момент шпинделей 0,6 - 0,8; потери на трение в шпинделях 2,0 - 2,3; динамический момент шестеренных валков 1,0 - 2,0; потери на момент трения в шестеренной клети 3-5; потери в коренной и моторной муфтах 1,2 -2,0; динамический момент якоря двигателя 20 - 30.
Момент прокатки определяют или по силе прокатки, или по экспериментальным данным о расходе энергии. Момент прокатки для одного валка зависит от направления силы прокатки и подсчитывается по уравнению
Мпр = Ра,	(8.2.82)
МОМЕНТ И МОЩНОСТЬ ПРОКАТКИ
335
Рис. 8.2.9. Направления сил, действующих на валки при прокатке с натяжением: а - То < б - То > 1\
где а - плечо приложения силы прокатки (рис. 8.2.9), которое зависит от расстояния между точкой приложения силы прокатки и плоскостью, проходящей через оси валков, т.е. определяется углом р. Точка приложения силы прокатки соответствует центру тяжести эпюры нормальных контактных напряжений.
При простой прокатке и прокатке с натяжением, коща переднее и заднее натяжения равны, сила прокатки направлена вертикально и момент прокатки равен:
МПр = 2Ра = 24/ZP,	(8.2.83)
а где = — - коэффициент плеча силы прокат-
ки.
При прокатке с натяжением момент для привода двух валков равен:
Мпр = 2A|/Z + (То - ТОД (8.2.84) где То и Т\ - переднее и заднее натяжения.
Анализ эпюр контактных напряжений по дуге захвата при двухмерной деформации (М. Л. Зарощинский и А. И. Гришков) показывает, что коэффициент плеча изменяется в пределах 0,67 - 0,33. Аналитические значения этого коэффициента для разных законов распределения контактных напряжений приведены в работах [10, 11]. На практике коэффициент плеча определяют с учетом данных экспериментальных исследований (рис. 8.2.10).
Для коэффициента плеча при горячей прокатке сутунок толщиной 30 и 45 мм из коррозионно-стойких и жаропрочных сталей и сплавов (исследования Г. С. Никитина и др.
Рис. 8.2.10. Изменение коэффициента плеча ip в зависимости от отношения / / на блюминге 1000 при прокатке блюмов селением 160 х 160 мм из слитков массой 6,5 т
[9]) с обжатием 7 - 30 % и скоростью 1-2 м/с при температуре 1000 - 1200 °C получена зависимость
у = 0,3 +0,18^-.	(8.2.85)
Значение коэффициента \|/ при горячей прокатке заготовки квадратного сечения принимают равным 0,5; круглых профилей - 0,6; профилей в закрытых калибрах - 0,7; при прокатке листов в непрерывных станах в первых клетях - 0,48 и в последних клетях - 0,39. При прокатке узких полос, когда их ширина соизмерима с длиной дуги захвата, на коэффициент плеча оказывает заметное влияние уширение, в результате чего значение \|/ несколько уменьшается. По данным М. М. Сафьяна при
336
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
холодной прокатке полос из малоуглеродистой стали коэффициент плеча составляет в среднем 0,19 - 0,24.
В работе [10] рассматривается влияние сил инерции полосы и упругости клети на формирование момента нагрузки при захвате металла валками.
Упругое сжатие валков вызывает повышение момента прокатки, но только в результате повышения контактного давления. Надежные результаты получают при расчете момента и мощности с использованием экспериментальных данных по расходу энергии при прокатке [5, 8, 12]:
(8.2.86)
3600(дя+1-дя)т t
(8.2.87) в этих формулах М - в кН • м; ап + i и ап -удельные расходы энергии соответственно при последующем и предыдущем пропусках металла (рис. 8.2.11); т - масса прокатываемой полосы, т; t - длительность пропускания металла через валки, с; N - в кВт.
В полученные данные расхода энергии входит и расход энергии на трение в подшипниках валков и передаточных механизмах главной линии стана в процессе прокатки, но с вычетом потерь на вращение валков вхолостую.
Момент, необходимый для преодоления сил трения, возникающих при прохождении металла между валками 2-валкового стана, равен:
МТР1 - Ми, (8.2.88) где Р - сила прокатки при неконсольном рас-положении валков (за исключением 6-вал-ковых и многовалковых станов); d - диаметр
Рис. 8.2.11. Изменение расхода а энергии при прокатке блюмов в зависимости от их общего удлинения
цапф; щ - коэффициент трения в подшипниках валков; для подшипников качения и жидкостного трения Ц = 0,003. В формуле (8.2.88) не учитывается момент, необходимый для вращения валков при холостом ходе стана.
При прокатке на 4-валковом стане сила прокатки передается на неприводные опорные валки, поэтому потери на трение имеются только в подшипниках опорных валков. Отсюда
^TPi = ^И^^р / ^оп>
тде Z)p и Роп - диаметры соответственно рабочего и опорного валков.
Момент добавочных сил трения, возникающих в передаточном механизме стана, т.е. в шестеренной клети, редукторе и т.д., определяют с учетом КПД передач по уравнению
+ Л/Тр А -------— , (8.2.89)
i J
где МТр2 - момент потерь в передаче, приведенный к валу двигателя; ЛГпр и AfT₽i - моменты соответственно прокатки и сил трения в подшипниках валков, приведенные к валкам; ц - КПД зубчатой одноступенчатой передачи, равное 0,96 - 0,98; / - передаточное отношение линии привода.
В станах с опорными валками есть еще одна составляющая добавочных сил трения -потери на трение качения рабочих валков по опорным валкам. Однако, эти потери обычно незначительны й их, как правило, не учитывают.
Для стана с неприводными опорными валками момент добавочных сил трения
МТР1 Dp Л] ^оп
(8.2.90)
Момент холостого хода, необходимый для привода главной линии прокатного стана во время паузы, равен сумме моментов, требующихся для вращения каждой детали:
л/хх=Умп=У^А,
А. Л	11	л •	"
(8.2.91) где Мп - момент, требующийся для вращения одной детали, приведенный к валу двигателя; Gn - вес детали (подразумевается нагрузка на подшипники); цп - коэффициент трения в подшипниках; dn - диаметр цапф; /п - передаточное число между двигателем и рассматриваемой деталью.
МОМЕНТ И МОЩНОСТЬ ПРОКАТКИ
337
При подсчете момента холостого хода у тонколистовых холоднопрокатных и некоторых других станов необходимо учитывать возможное предварительное прижатие валков. Возникающий при этом дополнительный момент сил трения в подшипниках валков, можно подсчитать по уравнению (8.2.88), приняв силу Р равной силе прижатия валков. Тоща момент дополнительных сил трения во время рабочего хода следует соответственно уменьшить.
Динамический момент возникает только лишь при скорости прокатки, развиваемой во время пропуска металла в валках, а также на станах с маховиком;
Л/дан = mR? ,	(8.2.92)
где Мцт - в Н-- м; Rj - радиус инерции (на окружности радиуса Rj сосредоточена масса т вращающегося тела).
Приведенный к валу двигателя маховой момент равен сумме маховых моментов всех деталей, вращающихся в линии стана:
mD? = mD% + тВ^уф +
+	+ тЛш.к + '"Аи.п + j “ТУ»
(8.2.93) ще тВ? - маховой момент соответственно якоря двигателя, моторной муфты с ведущей шестерней и маховиком на ней, ведомой шестерни редуктора, шестерен шестеренной клети и коренной муфты, шпинделей и валков.
Мощность привода стана рассчитывают с использованием значений * нагрузки и графиков изменения этих значений во времени (рис. 8.2.12).
Максимальную мощность нереверсивных станов, работающих с постоянной скоростью, определяют по максимальной статической нагрузке Мст:
^max ~	= — А/сттах(8.2.94)
где Ущдх - в кВт; шил- скорости вращения якоря двигателя при данной нагрузке соответственно в С'1 и мин'1.
Номинальная мощность двигателя равна:
N
(8.2.95)
где к - коэффициент перегрузки, указывается в каталогах; к = 1,5 - 3,0.
При определении мощности двигателя для реверсивных станов с регулируемой скоростью сначала строят нагрузочную диаграмму для всех профилей прокатываемого сортамента.
Вращающий момент двигателя при разгоне и торможении. Время прокатки включает периоды: fp - разгона; ty - установившейся скорости; ty - торможения.
Захват металла валками обычно происходит в период разгона двигателя, а выброс из валков - в период торможения. При ускорении и торможении привода без металла в валках
Л/дв=^х.х±^-^-,	(8.2.96)
dco
где ---= 8 - угловое ускорение; обычно для
df
якоря двигателя на блумингах при разгоне 8р = 3,8 - 8,0 с-1 и при торможении &г = 4,0 -10,0 мин'1 • с'1.
При ускорении и торможении привода с металлом в валках
Кр+Д/тр, р	Л]	4 dt
где -тВ} - приведенный маховой момент с учетом массы слитка (полагают, что слиток требуемой массы находится на окружности валка диаметром В).
При прокатке с постоянной скоростью
м = _.	(8.2.98)
У Л)
Если обозначить время периодов разгона, установившейся скорости и при торможении через fp, ty и ty, общее время рабочего хода
t = tp + ty + ty.	(8.2.99)
Задавшись скоростью вращения валков, мин'1, при захвате полосы - л3, установившемся движении Пу и на выходе лв, найдем tp и
Продолжительность периода установившейся скорости зависит от длины L прокатываемой полосы. Так как площадь заштрихо-
338
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
Рис. 8.2.12. Диаграммы статической нагрузки для разных прокатных станов (tp - ритм прокатки): а - непрерывные станы с индивидуальным приводом и другие станы при прокатке одной полосы за один проход; 6 - одноклетевые и другие станы при прокатке одной полосы за несколько проходов (пять проходов); в - одновременная прокатка двух или нескольких полос за несколько проходов; г - непрерывные станы с групповым приводом (пять клетей) при одновременной прокатке одной полосы; д - то же, но когда время паузы между подачами двух полос меньше времени перемещения полосы между клетями стана; tn - время паузы; /р - ритм прокатки; М\ - Л/у - моменты в клетях I - V
ванной части диаграммы, приведенной на рис. 8.2.13, соответствует в некотором масштабе длине прокатываемой полосы, то длина L равна:
где D - рабочий диаметр валков.
Из (8.2.100) продолжительность установившейся скорости
, пР{п3+п	пу+пъ.
L~ 60 I 2	(»+ПУ(У +	2 т
t 6QL у itDny пу
1 \пз + пу
2 р
"у +пъ t
(8.2.100)
(8.2.101)
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПРОКАТКИ
339
Рис. 8.2.13. Скорость прокатан (а)  нагрузка привода (б) в течение рабочего хода при реверсивном режиме работы
Время разгона и время торможения в течение паузы, т.е. при холостом ходе, равны:
t
ГР п “
еР
После построения нагрузочной диаграммы для всех пропусков проверяют номинальный момент выбранного по каталогу двигателя по нагреву и на перегрузку.
8.2.10.	ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПРОКАТКИ
Температурный режим прокатки в непрерывных и реверсивных станах оказывает существенное влияние на механические свойства, сопротивление деформации, структуру и качество проката. Для расчетов температурных режимов прокатки и определения энергосиловых параметров необходимо знать температуру в каждой клети непрерывного стана, или при каждом пропуске металла. Температура металла при прокатке изменяется от клети к клети, от одного пропуска к другому вследствие теплоотдачи лучеиспусканием и при конвекции в межклетевых промежутках, отдачи теплоты валкам при контакте с ними, а также вследствие разогрева металла, вызванного работой деформации.
Температуру 7} некоторого сечения заготовки на выходе из ьй клети можно найти по уравнению
7}= Т/-1-ДТЛ-ДТВ-ДТК +ДТд,
(8.2.102)
где ДТЛ - снижение температуры за счет лучеиспускания между (/ - 1)-й и i-й клетями; &ТЪ - снижение температуры заготовки в результате отдачи теплоты при контакте с валками в f-й клети; ДГК - снижение температуры в результате конвекции теплоты между (/ - 1)-й и f-й клетями; ДТд - повышение температуры металла в результате тепловыделения от работы деформации.
Потери теплоизлучением ДТЛ определяют из совместного решения двух уравнений -уравнения Стефана - Больцмана и уравнения изменения теплосодержания полосы за время
т:
4' dt;
(8.2.103)
<*2=7сл
60=^6(17;	(8.2.104)
в уравнениях dQ - изменение теплосодержания за время т; сл - постоянная лучеиспускания; То и Тъ - температуры соответственно окружающей среды и полосы, °К;	- удель-
ная теплоемкость; G - масса полосы.
Снижение температуры проката при лучеиспускании:
„ FaiT0 - Тв)
ДГЛ =	(8.2.105)
Коэффициент теплопередачи наружной поверхности:
а = 0,92 • Ю-9
(8.2.106)
Конвективные потери принимают равными 1 - 7 % от потерь излучением [15].
Расчет снижения температуры полосы из-за контакта с валками, проводками и охлаждения водой можно выполнить по эмпирической зависимости [5]
ДТВ = ^в^м^вод k (8.2.107) в 0,18(7	3	7
где тъ - количество подаваемой на клеть воды, кг/с; тм - время прокатки в клети, с; ДТвод - повышение температуры воды, охлаждающей металл в клети, град; к^ - эмпирический коэффициент, зависящий от схемы подвода воды и расположения проводковой аппаратуры (например, для стана 1680 завода "Запорожсталь" (Украина) к^ = 0,7).
340
Глава 8.2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
При прокатке без охлаждения водой или отсутствии сведений о значениях и ДТ’вод определяют только потери при сопрокоснове-нии полосы с рабочими валками.
По методу О. Павельски [13. 15], предложенному для прокатки тонких листов,
ЛГв = 2/Ст,^~ТпВ^,	(8.2.108)
аде &г ~ коэффициент теплоотдачи, ккал / (мм2 • с • °C), зависит от марки стали, толщины окалины и времени контакта т [8]; То и в - температуры соответственно начала охлаждения и центра валка; Ус - секундный объем металла, проходящий через очаг деформации.
Толщину слоя окалины можно принять постоянной (0,006 мм) или по уравнению
s = 24,бе
(8.2.109) х - Уупр •
Повышение температуры металла вследствие разогрева от работы деформации
Реп 1п "к ,	(8.2.110)
427у см
где X - вытяжка полосы; у - плотность прокатываемого металла.
Рис. 8.2.14. Алгоритм программы расчета энергосиловых параметров прокатки в непрерывной группе клетей
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
341
Расчет теплового режима включает в себя предварительное определение сопротивления пластической деформации и среднего контактного давления по ходу прокатки в каждой клети, значения которых, в свою очередь, зависят от температуры металла в очаге деформации. Расчет теплового режима проводят методом итераций. Сначала по известной температуре металла на входе в ью клеть Тт. t определяют численные значения ад и />ср /, далее по формулам (8.2.107) и (8.2.109) находят значения ATB/1 и » после чего согласно выражению
^выхп =	(8.2.111)
вычисляют первое приближенное значение температуры на выходе полосы из /-й клети ^выхп • Затем выполняют перерасчет значений айи Рср/2 при температуре
Tctl = TsXl'	(8.2.112)
и для полученных численных значений (Уд и рср>2 находят новые значения ЛТД/2 , ДТВ/2 И ^ВЫХ/2 = ^вхп + А^Д/2 “ ^^В/2 » И Рср вновь корректируют. Расчет повторяют до тех пор, пока очередное рассчитанное значение ^вых не будет отличаться от результата предыдущей итерации менее чем на заранее заданную величину ДТ (ДТ =1-2 °C).
Далее по формулам (8.2.105) и (8.2.106) определяют потери теплоты при движении полосы из z-й в (/ + 1)-ю клеть и находят температуру входа металла в последующую клеть.
Итерационный расчет для (/ + 1)-й клети повторяют по аналогии с расчетом температуры металла в /-й клети и т.д. (рис. 8.2.14). Расчет потерь при охлаждении полосы водой в межклетевых промежутках приведен в работе [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Герцев А. И., Ломтев Л. Д., Шуй-кин Г. А. Методика сравнения эффективности установок ускоренного охлаждения // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1972. № 33. С. 54 - 61.
2.	Грудев А. П. Внешнее трение при прокатке. М.: Металлургия, 1973. 288 с.
3.	Джетымов А. М., Дрозд В. Г., Кирилин Н. М. Расчет энергосиловых параметров при прокатке в узком очаге деформации // Теория прокатки / Под ред. А. П. Чекмарева. М.: Металлургия, 1975. С. 402 - 409.
4.	Дрозд В. Г. Контактные напряжения и усилия при прокатке фасонных профилей // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1975. № 39. С. 150 -158.
5.	Коновалов Ю. В., Налча Г. И., Савранский Н. Справочник прокатчика. М.: Металлургия, 1977. 312 с.
6.	Королев А. А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.: Металлургия, 1969. 461 с.
7.	Никитин Г. С. Жучин В. Н., Синельников Ю. И. и др. Определение моментов при горячей прокатке специальных сплавов // Сталь, 1969. № 3. С. 235 - 237.
8.	Оптимизация расхода энергии в процессах деформации: Пер. с нем. / А. Хензель, Т. Шпинель, М. Шпитгель и др.; Под ред. Т. Шпитгеля, А. Хензеля. М. Металлургия, 1985. 184 с.
9.	Расчет усилий при непрерывной горячей прокатке / В. Н. Жучин, Г. С. Никитин, Я. С. Шварцбарт, И. Г. Зуев. М.: Металлургия, 1986. 198 с.
10.	Смирнов В. В., Яковлев Р. А. Механика приводов прокатных станов. М.: Металлургия, 1977. 216 с.
11.	Смирнов В. С. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1976. 496 с.
12.	Теория прокатки: Справочник / А. И. Целиков, А. Д. Томленое, Г. С. Никитин и др. М.: Металлургия, 1982. 335 с.
13.	Целиков А. И., Никитин Г. С., Роко-тян Е. С. Теория продольной прокатки. М.: Металлургия, 1980. 319 с.
14.	Hessenberg W. G. F., Sims R. В. The Effekt of Tension on Torque and Roll Force in Gold Rolled Strip // Journal Jron and Steel Jnst, 1951. P. 155/64.
15.	Weber К. H. Grundlagen des Bandwal-zens. Leipzig, 1973. 310 p.
Глава 8.3
ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
8.3.1. ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
Общие сведения. Задачей динамического расчета металлургических машин является определение законов изменения возникающих в них внутренних сил и моментов при известных законах изменения внешних сил и моментов. Различие этих законов неизбежно, так как упруго-массовые системы этих машин находятся под влиянием возникающих в них колебаний.
Динамический расчет обычно состоит из следующих основных этапов [1, 4, 9, 14, 20]:
342
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Рис. 8.3.1. Кинематическая (а) и расчетные (б - г) схемы двухвалкового стана:
Jj - моменты инерции роторных масс линии привода; т, - массы рабочей клети; cj-ij и Ц/-1,у - крутильные жесткости и коэффициенты демпфирования участков валопроводов; q и ц/ - жесткость и коэффициент демпфирования связей между массами рабочей клети; М4 - момент электродвигателя; М\ - суммарный момент нагрузки; М\ = М® + М\ ; буквой "в" обозначены величины, относящиеся к верхним валку и шпинделю; буквой "н" - относящиеся к нижним валку и шпинделю; еру и у, - текущие значения угловой координаты и вертикального перемещения
составления расчетных схем на основе конструктивной схемы агрегата с определением и приведением параметров инерции, жесткости и демпфирования, а также сил (моментов) и зазоров;
математического описания моментов (сил) двигателя и технологического сопротивления;
составления уравнений движения системы;
решения уравнений движения;
анализа полученного решения (в частности, определение динамической нагруженно-
сти отдельных элементов системы), выяснения устойчивости движения системы, оптимизации параметров системы по заданным критериям.
Расчетные схемы. Для одной и той же машины возможны различные варианты расчетной схемы. Например, наличие симметрии в распределении нагрузки между параллельными валопроводами позволяет представить линии привода прокатных станов (рис. 8.3.1, а) в виде рядных систем (рис. 8.3.1, б). Если такая симметрия отсутствует, то из-за различия диаметров валков или их скоростей, жесткостей параллельных валопроводов или зазоров и их
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
343
соединениях, а также по другим причинам асимметрии линия привода будет иметь вид разветвленной системы (рис. 8.3.1, в).
Учет упругости рабочей клети при формировании нагрузок обуславливает введение в расчетную схему дополнительного упругого контура (рис. 8.3.1, г). К аналогичной схеме прибегают при определении и регулировании точности проката [2]. В непрерывных и универсальных станах прокатываемая полоса замыкает несколько пар валков, что приводит к образованию нескольких замкнутых контуров. При выходе полосы из валков структура системы меняется - контур размыкается и образуется разветвленная система. В линейных станах структура системы меняется по мере прохождения полосы по стану и замыкания той или иной пары валков.
В общем случае многие звенья главной линии (валки, шпиндели, зубчатые колеса редукторов и др.) могут обладать шестью степенями свободы, но при решении конкретных задач учитывают лишь основные. Например, для двухвалкового стана продольной прокатки расчетная схема может быть представлена в виде системы, изображенной на рис. 8.3.1, г. При записи внутренних сил и моментов в упругодемпфирующих связях учитывают наличие и состояние зазоров перед нагружением [24 и 29].
Таким образом, механические системы прокатных станов могут быть представлены в виде рядных, разветвленных или замкнутых расчетных схем с постоянной или переменной структурой. Для уменьшения числа степеней свободы многомассовых систем разработаны методы их упрощения - метод преобразования парциальных систем [23], узловой метод [13] и др.
Выбор того или иного варианта расчетной схемы определяется конструктивными параметрами системы, характером поставленной задачи и требуемой точностью решения. По этим же критериям определяют и вид математического описания внешних нагрузок.
Момент электродвигателя представляют в виде функции времени или угловой скорости ротора или определяют из системы уравнений, связывающих электромагнитные процессы в двигателе и механические колебания в линии привода [1, 4, 10, 12]. Многие прокатные станы представляют собой высокочастотные системы, электродвигатели которых слабо реагируют на механические колебания в линии привода из-за характерного распределения масс - момент инерции ротора электродвигателя на один или несколько порядков превышает моменты инерции других роторных масс. В этом случае допустимо рассматривать их как систему с равномерно вращающимся ротором.
Момент технологического сопротивления состоит из ряда статических и динамических
составляющих [24]. Их значимость, кроме значимости момента формоизменения, различна для разных типов прокатных станов. Например, при прокатке на обжимных и толсто-листовых станах, наряду с пластической деформацией прокатываемого металла, следует учитывать влияние сил инерции полосы, а при холодной полистной прокатке их влиянием можно пренебречь. Однако при этом необходимо учитывать упругую деформацию рабочей клети.
В тех случаях, когда предварительная количественная оценка роли отдельных составляющих затруднительна или эти составляющие сопоставимы, то при расчетах их влияние учитывают, представляя момент нагрузки в функции размеров зон скольжения [29]. Такой способ представления момента нагрузки является достаточно универсальным и может быть использован при анализе динамики различных станов продольной прокатки с учетом асимметрии их нагружения.
Математическая модель формирования ди* намических нагрузок. Так как из станов продольной прокатки наиболее динамически нагруженными являются листовые и широкополосовые станы, далее на пример именно широкополосового стана и дано математическое описание процесса формирования динамических нагрузок в элементах главной линии. Математическая модель, в соответствии с расчетной схемой, приведенной на рис. 8.3.2 -8.3.5, сводится к следующей системе уравнений [30]:
//ЧЧ = Mt + Mrl + T^r +	- Ml6;
= ^Лб +	+ ^тб - л/бо;
тх = Т{ cos^a0 -	+
+ T’i cos^a0 - a -
-Tfcos^ao-a + y]-
- cos^ao - a +	- IN sin(a0 - yj;
Лсг/0/ = (Сод/ “ Qmu)~2~ +
+ (^од/ sin 0 од/ + ^од/ cos0од/)~Y~ s8n Сод/ ~
si110пк/ “ ^пк/ cos0m)~Sfi11 Cmu “
344
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
-	N sin^ao - yj - 7}’Л/ cos^a0 - J +
+ T("A/'cos(ao “ a + •у) + 7i/>4> cosеЛу -
-	NjjZi sin 0 - Ty^r sin 0;	(8.3.1)
/И/X/ = Ту*9 cos 9 + Ny sinO + + Nsin^a0 Ttcosl a0---------------y-Ч +
+ T/'cos^ao - a + —J
+ T$ sin ao -
^-^in(a0-a + ^-
- T2"sin^a0 - a + -y-
mlZi - sinpnK/ Tjgj cosPn,./ -” -^пд/ sin - Тдд/ со$Рцц/ -	,
ntjyj - Ny cos9 - Ту*9 sin0 --cjk(y}-yk)-^jk{y)-yk)',
nt/y^Qt+Ty*9 sine-Ny cosQ +
, X f Z	ч	т5У5=<:35{УЗ-У5) + ^35{УЗ-У5)-
-г . I a |	L,, . i a - Yi i	.
+ N sin a0 - 7 + 0.5{ 7? sin a0-—Ц +	- 05075 - ц507з •
\	X /	I \	X /
Рис. 8.3.2. Расчетная схема главной линии
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
345
Рис. 8.3.3. Расчетная схема четырехвалковой рабочей клети
Рис. 8.3.4. Расчетная схема валковой системы
346
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Рис. 8.3.5. Схема силового взаимодействия рабочего валка с опорным валком и полосой (положение валков и полосы в момент начала захвата изображено пггрнховымн линиями): О, 01, Оз - начальные положения центров масс прокатываемой полосы рабочего и опорного валков; С[, Сз - текущие положения центров масс рабочего и опорного валков
В этих уравнениях (см. также рис. 8.3.2 -8.3.5) / = 1, 2; j = 3, 4; к = 5,0 - индексы соответствующих масс; Qi - равнодействующая силы уравновешивания и веса комплекта /-го рабочего валка; Ру - вертикальная проекция силы прокатки; Z/, Ij, 4И,	- моменты
инерции валков соответственно /-го рабочего,
у-го опорного, шестеренных и /-го рабочего относительно оси О/У/; ф/, V/ и V6 - относительные углы поворота соответствующих масс; V/ =	- Ф/; у/ =	/ Я - ф/ w =	- Фб
[здесь ®о - угловая скорость ротора электродвигателя, t - время; ф/, фу и фб - углы поворота валков соответственно рабочих верхнего (/ =
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
347
= 1) и нижнего (/ = 2), опорных верхнего (/' = = 3) и нижнего (/ = 4) и шестеренных; г и R -радиусы рабочего и опорного валков соответственно]; Mf - момент прокатки на /-ом валке; Л/п-, MTj и - моменты трения соответственно в подшипниках валков /-го рабочего и у-го опорного и на участке двигатель - шестеренная клеть; Тд1®, Ту0 и Ng - окружная, осевая и нормальная составляющие силы фрикционного взаимодействия между валками i-ым рабочим и J-ым опорным; р/ - угол поворота /-го рабочего валка в горизонтальной плоскости; М$, М\& и M$q - моменты сил упругости в соответствующих упруго-деформирующих связях линии привода; /и, mj н т$ - массы соответственно прокатываемой полосы, /-го рабочего валка с подушками, j-ro опорного валка с подушками и верхней части рабочей клети; х - перемещение полосы; X/, yt и Zi - перемещения центра масс /-го рабочего валка в неподвижной системе координат OiXiYiZfi Т( , Tf nN- касательные и нормальная силы контактного взаимодействия /-го рабочего валка в зонах отставания и опережения; осо и а - текущие значения углов захвата полосы и заполнения очага деформации; 0/ -угол поворота /-го рабочего валка в горизонтальной плоскости; рцц/ и рцк/ - углы наклона клиновых опорных поверхностей подушек и стоек станин со стороны соответственно привода и перевалки; втд/ и Спк/ - реакции в упругодемпфирующих связях /-го рабочего валка со стороны привода и перевалки, представляющие собой суммы соответствующих нормальных (Апд/ и ^пк/) и касательных ( и T’w) составляющих; Д, и Вц - см. на рис. 8.3.4; Л/, Л/' и hg - плечи сил Т/ , 7}" со стороны полосы и плечо силы Тд со стороны опорных валков относительно центромасс Q
/-го рабочего валка; 0 - угол наклона осевой плоскости рабочего и опорного валков к вертикали; yj - вертикальное перемещение J-ro опорного валка; Сд - контактные жесткости между /-ым рабочим и j-ъпл опорным валками; Идк - коэффициент демпфирования на участке j - к; С35 и С50 - жесткости элементов соответственно клети (на участке от верхнего опорного валка до гаек нажимных винтов включительно) и станин (от верхней поперечины до лап); р.35 и Р5о - коэффициенты демпфирования на соответствующих участках рабочей клети и линии привода.
Моменты прокатки Л7/ на /-ом валке представлены через силы трения в зонах отставания (Г/) и опережения (Т}") :
Г;=т;г|(а-Т/(г))<к;	(8.3.2)
W
(8.3.3)
(«
Mt =(TI'-Tl'')r,	(8.3.4)
где Т/ и т/ - средние контактные напряжения в зонах отставания и опережения.
Угол зоны опережения yt(z), являющийся функцией координаты Z, отсчитываемой от центра масс /-го рабочего валка, определяют из условия равенства на границе зон отставания и опережения следующих скоростей: металла
vMl= х *о / {*0'2dcos(afl - <х + у,) -
- COSaol);	(8.3.5)
горизонтальной валка
Vb/ = Ф/ г сЫрц - a + у,) + х, + 20/.
(8.3.6)
С учетом равенства vM/ = vB/ и ограничений размера очага деформации:
агсссв’
О при х < Vy;
Ао cosa0 X/ +zfit l( Ao cosa0 xz + ^0/V 4r 2 2ф/Г «V4r 2 2ф/Г J
2
Y/(z) =
'	7	Ф/'*	2ф/Г2
4-a-ag при vlz < х ;
а при x>Vg/,
(8.3.7)
348
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
где
Vi/ = [ф/Г cos(a0 - a) + х, + Z0,]Д;
Ь = Ло/{^О - 2r[cos(a0 - a) - cosa0]};
v0/ = ф/г cosa0 + Х/ +Z0/J
a0 = агссоф - (Ao - s0 - У1 - У 2)/^) ]i s0 = hQ - ДА - рАлх0К(1/с13 + Vc24 + Vc35 + + i/c40 + Vc5o);
a0K = arccosfl - ДА / (2r)];
здесь X - вытяжка металла; ДА - обжатие; р -давление металла на валки.
Моменты сил упругости на шпинделях определяют, используя выражение
Af/6 =
с|б[ф/б-(Д|б/2)&8пФ/б] +
+ Н/б(Ф/ - Фб) ПР11 |ф/б| > д/б / 2’
О при |ч>/6|£ Д/б /2,
(8.3.8)
(Де
v/o = V/ - w = Фб - Ф/;
sgn V/6 =
1 при ц//б £ 0; - 1 ПрИ \|//6 < 0.
На моторном участке зазор Дзд перед захватом обычно выбран в рабочем направлении, а связь предварительно нагружена моментом Mq сил трения на холостом ходу. Соответственно момент сил упругости равен:
СбОФб + НбОФб ПРИ
Фб > “^0 / С6(Ь
- Mq при
^6°	- Л/q / с60 Уб ~Mq / c$q - Д60;
сбо(фб + дбо) + НбОФб ПРИ V6 < -Mq / Cqq~ Дад.
(8.3.9)
Силы йщ/ и 2пк/ взаимодействия подушек /-го рабочего валка с клиновыми опорными поверхностями планок станин со стороны привода и перевалки (см. рис. 8.3.4) равны:
Ln n 81 Аид/ /	x (
Спд! xt +xQi --^-0/ +-^--^-(l-sgne) + [z/ -
P/-Z/)tgPtin/ при х, >-^-(l-sgae)~
+ Пид/ */
0ПД/ -
Апд( (,__
2 v ’’
- (г/ - y-Pi) tgPim/ - xot -у;
0 при --^^-^P/tgPna/+*о/-4^Pi+^7 + -^-sgne + z/tgpIU/£ ^- + +y-P/tgPiuu;
Спд( X/ +XQ!	+у+ yy-(l + sgne) + (zz +^LP^tgPnaZ +
+ М-ПД/ */
при Ху < —(1 + sgn е) —
-(г/ +Jy-P/)tgPiu/ -*ш + у-Р/ -у,
(8.3.10)
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
349
спк/ xi + х0/ + п 0/
k" ~	_ Апк/
2 ri ’ 2	2
- [z( - -y-Pl) tgPnxl при xl >
+ Ник/ *1 +

2* P*)	+
^-(1-Sgne) +
+ (Z( - y-P/j tgPnx, - x0l -
0 при -^yt + y-pztgpnK/^x/+x0/+y-P/-y + ^yLsgne-z/tgpnKj£^--
-y-p/tgpnx/i
Cmi Xi +xw +y-Pl -^- + ^JaL
2
-yPjJtgPnKl +
+ Нпк/ *i + у-Р/-(«/ + y-P/)tgPnxl при Xj <--^-(l+sgne) +
+ (z< + -у-P/)tgpnK, -xOi -y-P; +y,
(8.3.11)
ще начальные смещение и угол разворота /-го валка перед захватом равны:
В	Ос
XQi ~ ~^"0/(/=О)(^0пд/ “ tg0nK/)S8ne + ^(^r\ {\/спк1 + ^lcTini\>
( ) £п + 0,5 2?п (tgPjm/ +tgpnK/)sgne
sgne =
1 при e > 0;
-1 при e < 0.
Силы 0пд/ и являются суммой нормальных (Niwt и Njoj) и касательных (7^/ и Ты}) составляющих:
Л =
£«п[г/((2пд/ + Оше/)]- при |z(| > о;
/“sgn//® при |?/|-ои|/<сц|г//“; при |?,|-0и[г««|</,“
(8.3.14)
Спд/ -Мщ/ со&0пд/ ~ Т^д/ SinPmi/
“ -Мщ/ (со&0пд/ ~ ft sinPim/); (8.3.12)
йтк/ cos0iik/ sinPnK/
= Nazi (cos0iik/ fi sin0iiK/)’ (8.3.13)
Коэффициент fh отражающий характер фрикционного взаимодействия контактирующих поверхностей подушек /-го рабочего валка с элементами станин, равен:
где //Ск и - коэффициенты трения соответственно скольжения и сцепления;
Опк/)] "
1 при Z/(0im/+0пк()го;
-1 при ^(Опд/ +<2пк1)<0;
sgn/zc“ =
1 при /уСЦ > 0;
- 1 при ftcu < 0.
350
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Плечи hj и А/' сил Г/ и Т” со стороны полосы и плечо hy силы Ту со стороны опорных валков относительно центра масс с, z-ro рабочего валка (см. рис. 8.3.5) определяют как отношение интегральных моментов элементарных сил к соответствующим интегральным силам:
Ь/2 АТ<	'	Ь^2
Щ = f	f(“-YiU))zdz;
-Ь/2	1	‘ -Ь/2
(8.3.15)
*/2 ЛТ"7	т"г Ч2
А"= J —£/" = 77 Jn(z)zdz;
-Ь/2	1	1 -Ь/2
(8.3.16)
х
А f dT-fz, f^Ntj
Ч J Т?*9	7’.?кр L
L/1 Av0Kpzr
х //2“н(1_ех^_1’21Д¥</1/Д¥о^1'
dz.
Силы взаимодействия валков. Нормальную, осевую и окружную составляющие силы взаимодействия z-ro рабочего валка с j-ым опорным валком определяют с помощью выражений:
=с/у{Я + г-
+ Qi /cos 0 + Цу у,/ - у j j cos 0 - х, sin 0
(8.3.17)
/•max кг ^/2 Avoc’ 0Kp Toc, okp _ JiJ	f ^ij y
ij ' L -1,2 HI
x [1 - exp(- l.zlAVyl/Avo^jjdz,
(8.3.18)
где - максимальный коэффициент трения при качении со скольжением рабочего валка относительно опорного.
Скорость относительного смещения поверхностей рабочего валка относительно опорного и ее осевую и окружную составляющие определяют из выражений:
AV/; =	+(av"kp)2 ;	(8.3.19)
= ф/Гр/ +Zj + Z;P,P;;	(8.3.20)
Av^K? = ф/r - xt cos0 -	- zfti -
-(л-ъ)е-	(8Л21)
Приведенная математическая моделт предназначена для анализа процесса нагружения и решения задач оптимизации конструктивных и технологических параметров главной линии отдельно стоящей клети или первой клети непрерывной группы.
В других клетях непрерывной группы на формирование нагрузок существенное влияние оказывает связь клетей через прокатываемую полосу, проявляющаяся в виде натяжения полосы или ее подпора. Соответственно уравнение движения всей полосы (см. четвертое сверху уравнение системы (8.3.1)) заменяется уравнениями движения ее участков (в виде дискретных масс, соединенных упругими элементами), расположенных в межклетьевых промежутках (рис. 8.3.6):
2 тп*(п) = 2и^7(л+1) х /=1
/	а(л+1) - Т/(л+1)>| п
х cosl а0(л+1)---------- J - Q(n) +
2
+ Q(n+l) -^Ti(n+1) х /=1
а0(л+1) ~ а(л+1)
*У/(л+1) * 2
_ КТ . [	а(л+1)
- 2№ш1 а0(я+1)----------—
(8.3.22)
где п - порядковый номер межклетьевого промежутка или клети; ТП(П) - масса металла полосы в л-ом промежутке. Остальные обозначения идентичны приведенным ранее.
Для решения уравнений (8.3.22) необходимо знать связь между продольной силой Q(ny возникающей в л-ом межклетьевом промежутке, и продольной деформацией полосы:
д(п) = J (*(л) ~ ^ («)*(«-l))dz + д0(л), 0
(8.3.23)
ОСНОВЫ ДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
351
Рис, 8.3.7. Схема нагружения полосы в межклетьевом промежутке
где и *(л-1) - скорости участков полосы в л-ом и (л - 1)-ом промежутках; к(Л) - вытяжка полосы в л-ой клети; До(л) - начальная продольная деформация в л-ом промежутке, обусловленная изгибом переднего конца полосы, прогибом под действием собственного веса и т.д.; t - текущее время от начала захвата полосы.
Расчетная схема для определения зависимости 2(Л) (Д(Л)) дана на рис. 8.3.7, где ^ -поперечная распределенная нагрузка, обусловленная весом полосы.
Предельная деформация Д(л) полосы складывается из деформации от изгиба полосы
2
4o=-yJ О
(8.3.24)
и деформации от растяжения-сжатия полосы
=	,	(8.3.25)
где /(л) - длина л-го межклетьевого промежутка; £(Л) - модуль упругости прокатываемого металла при температуре прокатки; b и Ло(л) -ширина и толщина полосы в л-ом межклетьевом промежутке.
Для нахождения Д'(л) используют дифференциальное уравнение упругой линии полосы
d2y(n) в(п)У(п)
«Ьс2(»)
= 9(п)х(п) _ 9(п)1(п)х(п) + М'(п)
2Е(п}Цп} 2£(л)/(«)	£(»)Z(»> ’
(8.3.26)
из решения которого при различных значениях силы Qn получают [18]:
352
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Д(л) =
Д(я)(С>0) ” д(л)(С=О) + д(л) при
Ом > о;
о при 0(Л) = 0;
Д(л)(С<0) “ д(л)(С=О) + д(л) при
С(л)<°-
(8.3.27)
В процессе моделирования натяжения при захвате с использованием (8.3.27) численным методом решают обратную задачу, т.е. по известной из (8.3.23) продольной деформации Д(л) определяют силу 2(Л). Характер зависимости С(л) (А(Л)) приведен на рис. 8.3.8. Эта зависимость далека от линейной, лежащей в основе моделей формирования натяжения при захвате на заготовочных [16] и сортовых [27] станах. Продольная сжимающая сила в полосе не может превысить критического значения
п _ ”2Л»)^(п) 1Я , *Чл)кр -	.2	’	(8.3.28)
3/(л)
определяемого по формуле Эйлера при условии отсутствия касания полосой проводок. Как известно [18], захват полосы в непрерывной группе сопровождается колебаниями натяжения с частотой, совпадающей с низшей частотой собственных крутильных колебаний в линии привода. Во время первых колебаний имеются как натяжение, так и подпор или потеря устойчивости полосы в зависимости от ее продольной жесткости, которая из-за изгиба полосы является нелинейной функцией ее продольной деформации.
Рис. 8.3.8. Характеристика жесткости полосы (^О(я) - 20 мм, Ь = 1880 мм) в межклетъевом промежутке длиной 6 м
8.3.2. ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭВМ
Структурная сложность и многомассовость расчетных схем металлургических агрегатов предопределяют использование ЭВМ различного типа: аналоговых (АВМ), цифровых (ЦВМ) и аналого-цифровых комплексов (АЦВК).
Из аналоговых устройств (электрических моделей-аналогов, моделирующих механическую систему по элементам, и структурных АВМ, моделирующих уравнения движения системы) наиболее распространены структурные АВМ, отличающиеся быстродействием. Однако точность их весьма ограничена из-за использования нелинейных блоков и блоков перемножения [25].
Основное преимущество ЦВМ - высокая точность, поэтому наиболее часто их используют для выполнения расчетов по разработанной математической модели. Все большее значение приобретает автоматизация моделирования динамических процессов с возложением на ЦВМ не только решения, но и составления уравнений движения. Основной идеей автоматизированного моделирования является расчленение рассматриваемой механической системы на типовые функциональные элементы (ФЭ), описание их свойств с помощью компонентных уравнений и описание их взаимосвязей с помощью топологических и структурных уравнений [5, 19, 22], объединяющих математические модели ФЭ в полную математическую модель системы:
Структурно-функциональное автоматизированное моделирование предполагает сведение задания общей структуры модели системы к указанию связей между входами и выходами математических моделей ФЭ, что осуществляют с помощью специальных языков описания объекта. Запись на этих языках [17] состоит из отдельных предложений типа:
NIJK - слово - const, (8.3.29) где NIJK - набор индексов (номеров) тел, элементов и узлов; слово - стандартизованное имя (ТЕЛО, СВЯЗЬ, ЭЛЕМЕНТ); const - массив констант, характеризующих описываемую словом часть системы. Например, для твердого тела массив констант включает его массу и момент инерции, а также набор координат, описывающих очертания тела. Для связи типа пружина массив констант включает жесткость, коэффициент демпфирования, геометрические параметры и признак деформации (растяжение, сжатие, изгиб или кручение) пружины.
Формализованный процесс получения уравнений базируется на использовании уравнений Лагранжа первого рода с неопределенными множителями. При решении уравнений используют стандартный набор программ ли
ОГРАНИЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИНАХ
353
нейной алгебры, входящей в комплект математического обеспечения ЦВМ.
Принцип схемного автоматизированного моделирования [6] реализуют с помощью современных технических и программных средств интерактивной графики, при этом моделируемую систему представляют и вводят в ЭВМ в виде геометрического образа - схемы, состоящей из условных обозначений ФЭ двух типов: "массы” и "связи”.
Для "масс" характерны компонентные уравнения вида:
Yt = Л(<2вхь Свых/, Yt, t), (8.3.30) ще Yt - вектор фазовых координат (скорости перемещения входов и выходов) данного ФЭ; / - порядковый номер ФЭ в схеме; и Qsai - векторы сил, действующих на входы и выходы ФЭ; Fi - векторная функция, определяющая свойства ФЭ.
"Связи" характеризуются уравнениями следующего вида:
Qi= /№вкЬ Ywatb б» (8.3.31) ще Qt - вектор внутренних сил в данном ФЭ; Y^ и Ymnti - векторы фазовых координат входов и выходов ФЭ; fi - векторная функция свойств данного ФЭ.
Подготовка схемы осуществляется пользователем на экране графического дисплея, а ввод информации о физических параметрах ФЭ - с клавиатуры алфавитно-цифрового дисплея в режиме диалога.
8.3.3. ОГРАНИЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИНАХ
Обоснованный выбор мероприятий по ограничению динамических нагрузок в металлургических машинах посредством целенаправленного изменения их конструктивных параметров и режимов работы осуществляется с помощью динамического расчета этих машин. Эффективность ограничения динамических нагрузок в общих чертах удобней проследить на простом примере нагружения [24]. Допустим, что деталь подвержена действию знакопеременного напряжения с постоянной амплитудой ст. Тогда из уравнения кривой выносливости
amN = ct'jTVq (8.3.32) при известной частоте f колебаний напряжения можем записать выражение для срока 7^ службы детали:
(8.3.33)
В этих уравнениях ст - амплитуда действующего напряжения, превышающего предел выносливости Ст-i при симметричном цикле; N - число циклов до разрушения при действующем напряжении ст; т - показатель степени уравнения кривой выносливости; Nq - базовое число циклов. Анализ уравнения (8.3.33) показывает, что для увеличения срока службы детали полезно снижение как амплитуды ст, так и частоты f. Однако, с учетом значений т - 3 - 10 больший эффект дает снижение амплитуды ст. Например, уменьшение ст на 20 % увеличивает срок службы детали в 1,96 -9,40 раза; а уменьшение частоты /давало бы увеличение срока службы лишь в 1,25 раза. Следовательно, даже незначительное снижение динамической составляющей суммарной нагрузки может существенно увеличить срок службы деталей и, соответственно, повысить технико-экономические показатели металлургической машины в целом.
Основные направления ограничения динамических нагрузок, обусловленных быстрым изменением технологического сопротивления очевидны из анализа выражения [12]
kin(jcT0)|
Т1 = 1+1--1----it,	(8.3.34)
7СГ0
связывающего коэффициент динамичности т] в беззазорной системе с параметром нагружения
Ч = Т\	(8.3.35)
где /о - время роста технологической нагрузки; Т - период собственных колебаний системы (при многомассовой системе Т - период низшей частоты колебаний). При увеличении тд |sin(jn0)| динамическая добавка 2-----------1 все время
уменьшается. Если следовать по огибающей (рис. 8.3.9), то уже при то > 5 динамическую добавку можно не учитывать. Таким образом, снижение динамических нагрузок, в данном случае, связано с увеличением параметра тд, т.е. с уменьшением периода Т и увеличением времени 1g. Отсюда вытекают два основных направления ограничения динамических нагрузок: 1 - выбор рациональных значений инерционных и упругих параметров системы; 2 - уменьшение скорости нагружения.
Выбор инерционных и упругих параметров механической системы, при исключении влияния зазоров и других нелинейностей на ее динамику, можно осуществить на основе разработанного
12 Зак 108
354
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Рис. 8.3.9. Зависимость коэффициента динамичности ц от параметра нагружения то
А. Н. Голубенцевым [8], а затем развитого в работах Р. Ш. Адамия [12] интегрального метода оптимизации по критерию минимального отклонения значений сил упругости и моментов от их статических значений в переходных процессах.
При неудовлетворительном результате расчетом на ЭВМ выявляют наиболее эффективные направления изменения упругомассовых параметров конкретной механической системы, а затем проверяют возможность и целесообразность их конструктивного воплощения.
В качестве примера может служить снижение жесткости вала между двигателем и редуктором за счет установки торсиона в приводе клети № 5 непрерывного широкополосового стана (НШС) 2000 НЛМК, позволившее снизить динамические нагрузки в 1,6 раза [21]. Аналогичного эффекта в АХК ВНИИМЕТМАШ добились при реконструкции непрерывного заготовочного стана (НЗС) 900/700/500 заменой промежуточного вала на более податливый при неизменной длине L = = 14 м.
К способам снижения динамических нагрузок увеличением продолжительности 4) нарастания внешних нагрузок можно отнести, во-первых, увеличение времени захвата полосы валками посредством: обрезания переднего конца полосы по угловому, шевронному или трапецевидному контурам;
подачи слитка зауженным концом в валки блюминга.
При реверсивной прокатке применяют искусственное поджатие нажимным устройством заднего конца слитка, чтобы после реверса при последующем захвате снизить уровень динамической нагрузки [4].
Во-вторых, время захвата 4) ~ <*0 / ю0 ПРИ заданном угле «о захвата может быть увеличено в результате уменьшения угловой скорости сод валков перед захватом. Снижение скорости перед захватом до (Одйп позволяет избежать поломки даже при аварийной перегрузке [24]
I п юпмп -	^дин/h/pi^пр)>
I 1
(8.3.36)
где А/дин/ - максимальный момент с учетом динамики; // - длина закручиваемого участка вала; G - модуль упругости при сдвиге; Ipi -полярный момент инерции /-го вала; Е/пр -сумма моментов инерции вращающихся деталей привода, приведенных к рабочим валкам.
Эффективность ограничения динамических нагрузок, обусловленных ударным замыканием зазоров, приближенно можно оценить на основе анализа выражения [12]
т| = 1 + ^1 + /сф2/Л/2,	(8.3.37)
где I - момент инерции валков; с - жесткость линии привода; ф - относительная скорость элементов соединения при замыкании зазора; Мп - момент технологической нагрузки.
Динамическая добавка от ударного замыкания зазора 0 представлена вторым слагаемым под радикалом. Значение этой добавки зависит от следующих факторов: конструктивных параметров системы (с и 7) - с их увеличением растет коэффициент динамичности ц; технологической нагрузки (МП) - увеличение Мп ведет к снижению ц; относительной скорости ф , связанной с величиной раскрытого зазора 0, - чем больше ф , тем больше т| (рис. 8.3.10).
Для разработки мероприятий по предупреждению ударного замыкания зазоров необходимо предварительно установить причины их раскрытия. Одна из главных причин раскрытия зазоров в соединениях -действие радиальных сил [24], т.е. направленных по радиусу суммарных сил от веса звена,
Ряс. 8.3.10. Зависимость коэффициента динамичности И от момента нагрузки МЛ при различных угловых зазорах 0 в шарнирах шпинделей обжимного стана 1250 ЧерМК [25]
ОГРАНИЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИНАХ
355
Рис. 8.3.11. Схема сил Q, АГи Р, а также момент радиальной силы М9 в Рх в лопастном шарнире:
<р - угол поворота соединения; А - мгновенный центр вращения; ц/ - угол относительного поворота деталей соединения; а и Ъ - размеры лопасти
силы его уравновешивания и силового воздействия со стороны смежного соединения, а при большой угловой скорости - еще и от действия центробежной силы. Результатом действия радиальной силы Р является момент Мр — Рх (рис. 8.3.11), обладающий свойствами момента восстановления зазоров. Этот момент нередко превышает момент нагрузки при холостом ходе машины, обуславливая раскрытие зазоров.
Например, в соединении лопастного шарнира (см. рис. 8.3.11) угловой зазор будет раскрыт при любом угловом положении соединения, если значение передаваемого момента М\ (рис. 8.3.12), меньше минимального значения момента радиальной силы М =
Напротив, при передаче момента М$ > > Мртю. = ^max = PR зазор бУДет У*е закрыт при любом <р. Если же Ра < М2 < РР, то зазор будет меняться по мере поворота соединения, открываясь и закрываясь на определенных интервалах ср.
Раскрытие зазоров связано также с технологическими особенностями процесса прокатки и режимами работы машин-, резкий сброс нагрузки на валках, захват полосы в условиях опережения, прокатка с "забоем" валков, замедление двигателя перед захватом полосы, действие сил инерции при переменной скорости звеньев, пуск, реверс, торможение и т.п.
Основные направления предупреждения ударного замыкания зазоров. Можно сформулировать следующие общие направления ограничения динамических нагрузок, обусловленных ударным замыканием зазоров:
уменьшение моментов радиальных сил, способствующих раскрытию зазоров;
увеличение моментов нагрузки при холостом ходе, способствующих выбору зазоров;
конструктивные мероприятия по уменьшению зазоров [21].
К первому из этих направлений следует отнести применение уравновешивающих устройств, позволяющих уменьшить радиальные силы. На практике получили распространение лишь устройства для уравновешивания шпинделей.
Для шпиндельного участка линии привода с лопастными шарнирами и двухлысочным соединением рабочего валка с валковой муфтой
Ряс. 8.3.12. Соотношение моментов нагрузки М\ - Му и момента М9 радиальной силы в лопастном шарнире
12*
356
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
Рис. 8.3.13. Шпиндельный участок линии привода с лопастными шарнирами и двухлысочным соединением рабочего валка с валковой муфтой:
X Y- неподвижные оси;
X), Yq и X» Yi - оси, вращающиеся соответственно с шестеренным валком и шпинделем
(рис. 8.3.13) введем обозначения: 0 - 1 - шарнир со стороны привода; 1 - 2 - шарнир со стороны рабочей клети; 2 - 3 - соединение муфты с рабочим валком.
Экстремальные значения моментов Му радиальных сил Ру в этих соединениях определяют по формулам [28]:
^(ЛД2 = ^01,12хСЩ12 ~ °»5!1 "	12 J
^0Ц2 = ^01,12х0142 “ М1 " ^|^шЛ)1,12^
М$* =0;
(^23 +	=
*2 V 2 02 J
izmax _ ^23	=
при к < кп;
Р23Х2Т'=(и/м+1у^Илш)*23
при кн^к^къ',
= -2£2.[цл +к1*£11гш'|г>2з h \	2 а2 J
при к>къ,
(8.3.38)
ще Wju и - веса соответственно шпинделя и муфты; к - коэффициент уравновешивания, равный отношению силы со стороны уравновешивающего устройства к весу шпинделя; О\ и 02 - плечи сил Р\2 и относительно срединного сечения соединения длиной I2 (рис. 8.3.14).
В соединениях 1 - 2 и 2 - 3 действует момент нагрузки М3, обусловленный в основном трением в опорах валков. В соединении 0-1 момент нагрузки складывается из момента М3 и момента М\ сил трения в подшипнике шпинделя. На совмещенных графиках этих моментов (рис. 8.3.15) точки пересечения прямых М3 и М\ + М3 с лучами Mq^ = = М^ и М™ = М^ , исходящими из точки К = 1, ограничивают интервалы значений К, характеризующиеся различным состоянием зазоров в соединениях 0 - 1 и 1 - 2. Значения Кп и Кв делят поле графиков по оси К на области I, II, III с различным относительным положением осей рабочего валка и муфты.
Для постоянного выбора зазоров в рабочем направлении одновременно в обоих шарнирах необходимо обеспечить такую настройку уравновешивающего устройства, при которой К* < К < К”. Это довольно жесткие требования к точности настройки - по расчетам, не
ОГРАНИЧЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИНАХ
357
I)
е)
Рис. 8.3.14. Положения валковой муфты при недоуравновешивании шпинделя (а и б) и его переуравновешивании (в и г)
О	К,	к
Ряс. 8.3.15. Совмещенные графики моментов радиальных сил (Moi, М12, М23) и моментов нагрузки (Mi, М3). Состояние зазоров в соединениях 0 - 1 и 1 - 2 при различных интервалах значений коэффициента К уравновешивания см. в таблице
Интервал значений К	Состояние зазора в соединении	
	0- 1	1-2
0-*1	Раскрыт	Раскрыт
*1-*2	Может изменяться	
*2-*3		Может изменяться
Ь-К	Закрыт	
К -К'		Закрыт
Г'-А4		Может изменяться
	Может изменяться	
к$-к&		Раскрыт
Св.^	Раскрыт	
358
Глава 8.3. ДИНАМИКА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ МАШИН
более ±(3 - 5)% от точного уравновешивания. В соединении 2-3 выбор зазора не обеспечивается, поскольку постоянно М3 <	.
Хотя переуравновешивание вплоть до К = Къ и уменьшает , однако недостаточно. Выполнение обратного неравенства > М™ может быть достигнуто увеличением Л/3, что обеспечивает к тому же расширение области гарантированного выбора зазоров в шарнирах и тем самым снижает требования к точности настройки уравновешивающего устройства шпинделей.
Ко второму направлению работ по предупреждению отрицательного влияния зазоров следует отнести разработку методов и средств для предварительного выбора зазоров в кинематических парах машин с помощью специально создаваемых натяжных устройств и программных нагружателей различного типа: тормозов сухого или жидкостного трения, электрической машины, работающей в генераторном режиме, и т.д. Создание натяжных устройств, работающих в согласованном с технологическим нагружением режиме, не вызывает принципиальных затруднений, однако установка таких устройств со стороны рабочих валков возможна лишь в том случае, если эти устройства можно быстро убрать перед перевалкой валков.
Наметилась тенденция предотвращать раскрытие зазоров методом управления электроприводом. Так, если перед захватом полосы электропривод работает в режиме ускорения, то силами инерции со стороны приводимых в движение масс создается необходимый для выбора зазоров тормозной момент. Такой скоростной режим и соответствующая система автоматики были разработаны и опробованы при прокатке полос в чистовой группе клетей НШС 2000 НЛМК. В результате динамические нагрузки снижены примерно на 18 %.
Для предотвращения разрыва упругой связи после сброса нагрузки, наоборот, необходимо, чтобы электропривод работал в режиме торможения еще до выхода полосы из валков. Снижение динамических нагрузок при пуске электродвигателя достигается с помощью предпусковой ступени в электрической схеме управления приводом, позволяющей выбирать зазоры в соединениях на малых скоростях [3, 11].
Для снижения динамических нагрузок в корпусных и крепежных деталях необходимо уменьшить зазоры в подшипниковых опорах или по возможности выбрать их в направлении действия рабочей нагрузки. Но в этом случае нагружать трансмиссию тормозным моментом нецелесообразно, так как, во-пер
вых, требуется большой момент, а во-вторых, с увеличением доли тормозного момента соответственно уменьшается доля момента, предназначенного для преодоления полезного (технологического) сопротивления [24].
Целесообразно использовать силовое воздействие на соответствующие валы в направлении действия результирующей силы. Это может быть осуществлено с помощью конструктивных изменений, представляющих третье направление предупреждения удар кого замыкания зазоров, которое состоит в использовании устройств весьма различного конструктивного исполнения, подобных уравновешивающим.
Ряд апробированных на практике методов снижения динамических нагрузок, обусловленных фрикционными автоколебаниями, переменными скоростями движения звеньев, периодическими возмущениями, пусками, реверсами, аварийными ситуациями освещен в работах [1 - 3, 7, 9 - 11, 15, 21, 26, 28, 31, 32].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Адамия Р. Ш., Лобода В. М. Основы рационального проектирования металлургических машин. М.: Металлургия, 1984. 128 с.
2.	Адамия Р. Ш. Оптимизация динамических нагрузок прокатных станов. М.: Металлургия, 1978. 232 с.
3.	Братусь А. Д. Системы управления главным приводом пилигримовых станов и станов холодной прокатки труб. М.: НИИИн-формтяжмаш. 1-78-38. 1978. 48 с.
4.	Вибрации в технике. Справочник. В 6 т. / Ред. совет: В. Н. Челомей - пред. М.: Машиностроение, 1978 - 1981. Т. 1 - 6.
5.	Витгенбург И. Динамика систем твердых тел: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 292 с.
6.	Восканьянц А. А. Интерактивная графическая система автоматизированного моделирования динамических процессов в приводах металлургических машин // Машиностроение: Изв. вузов, 1986. № 12. С. 93 - 98.
7.	Гавриленко Б. А., Семичастнов И. Ф. Гидродинамические передачи. М.: Машиностроение, 1980. 224 с.
8.	Голубенцев А. Н. Интегральные методы в динамике. Киев: Техника, 1967. 256 с.
9.	Динамика и прочность прокатного оборудования: Уч. пособие для вузов / Ф. К. Иванченко, П. И. Полухин, М. А. Тылкин и др. М.: Металлургия, 1970. 486 с.
10.	Иванченко Ф. К, Красношапка В. А. Динамика металлургических машин. М.: Металлургия, 1983. 295 с.
11.	Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971. 320 с.
ОБЖИМНЫЕ СТАНЫ
359
12.	Кожевников С Н. Динамика машин с упругими звеньями. Киев: Изд-во АН УССР, 1961. 160 с.
13.	Кожевников С. Н. Метод упрощения динамических моделей при расчете приводов металлургических машин // Машиноведение, 1981. № 1. С. 3 - 6.
14.	Комаров М. С. Динамика механизмов и машин. М.: Машиностроение, 1969. 294 с.
15.	Коновалов Л. В., Виноградова М. В. Повышение надежности и снижение металлоемкости шпиндельных соединений прокатных станов. М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1985. 42 с.
16.	Леепа П. Н., Скичко П. Я. Исследование переходных процессов в главных линиях непрерывных заготовочных станов // Прокатное производство: Науч, труды ин-та черной металлургии. М.: Металлургия, 1967. Т. 28. С. 114 - 121.
17.	Малиновский Е. Ю. Автоматизированная система динамического анализа механизмов // Машиноведение, 1981. № 1. С. 7 - 11.
18.	Математическая модель формирования натяжения при захвате полосы в непрерывной группе широкополосного стана / Р. А. Яковлев, С. Н. Старков, А. А. Филатов, И. Б. Журавлев // Машиностроение: Изв. вузов, 1989. № 5. С. 92 - 97.
19.	Норенков И. П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем: Уч. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1980. 311 с.
20.	Пановко Я. Г. Введение в теорию механических колебаний: Уч. пособие для вузов. М.: Наука, 1980. 272 с.
21.	Повышение работоспособности прокатного оборудования за счет снижения династических нагрузок / Б. Е. Житомирский, С. Д. Гарцман, А. А. Филатов и др. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1982. Вып. 33. 42 с.
22.	Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е. Ю. Малиновского. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.
23.	Ривин Е. И. Динамика привода станков. М.: Машиностроение, 1966. 204 с.
24.	Смирнов В. В., Яковлев Р. А. Механика приводов прокатных станов. М.: Металлургия, 1977. 216 с.
25.	Тетельбаум И. М., Шнейдер Ю. Р. Практика аналогового моделирования динамических систем: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1987. 384 с.
26.	Целиков А. И., Бондаренко А. М., Житомирский Б. Е. Исследование и изыскание путей снижения динамических нагрузок, действующих на корпусные и крепежные детали элементов трансмиссий главных приводов прокатных станов // Машиноведение, 1981. № 1. С. 3 - 6.
27.	Чекмарев А. П., Топоровский М. П. Исследование переходных процессов в трех клетях непрерывного стана // Прокатное производство: Науч, труды ин-та черной металлургии. М.: Металлургия, 1965. Т. 21. С. 81 -121.
28.	Яковлев Р. А., Восканьянц А. А., Филатов А. А. Минимизация зазоров в шарнирах шпинделя за счет его уравновешивания. М.: ЦНИИТЭИТяжмаш, 1981 // Оборудование для прокатного производства. Вып. № 14. С. 6 - 9.
29.	Яковлев Р. А. Динамическая модель главной линии прокатного стана при асимметричном нагружении // Машиностроение: Изв. вузов, 1983. № 7. С. 116 - 121.
30.	Яковлев Р. А., Старков С. Н. Математическая модель формирования динамических нагрузок в главной линии широкополосного стана при асимметричном нагружении // Машиностроение: Вестник МГТУ, 1992. № 1. С. 29 - 36.
31.	Dobrucld W. Moglichkeiten zur Mini-misierung der dynamischen Belastungen in Walzwerken // Wiss.z. Tech. Hochschule O. Von. Guericke. Magdeburg, 1987. N 31. S. 42 - 53.
32.	Monaco J. Dinamics of rolling mills-mathematical models and experimental results // Iron and Steel Eng, 1977. V. 54. N 12. P. 35 - 46.
Глава 8.4
ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Из сталеплавильных цехов в прокатные металл поступает в виде слитков, отлитых в изложницы, или заготовок, полученных на машинах непрерывного литья.
На большинстве металлургических заводов головным прокатным станом является обжимной стан - слябинг или блуминг, предназначенный для обжатия крупных слитков в черновые заготовки - полупродукт, из которого на последующих прокатных станах получают готовую продукцию: листовой и сортовой прокат.
8.4.1. ОБЖИМНЫЕ СТАНЫ
Разновидности обжимных станов. Плоская черновая заготовка, прокатанная из слитка на слябинге либо блуминге, называется слябом и характеризуется прямоугольным сечением с закругленными углами; размеры сечения, мм: толщина 100 - 300 (иногда 500 - 600); ширина 600 - 2300.
Черновая заготовка, прокатанная из слитка на блуминге, называется блумом, для которого характерно квадратное сечение до 400 х 400 мм, с закругленными углами или близкое к нему сечение с размерами, например, 340 х 450 мм.
360
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Наиболее современными обжимными станами являются слябинги, блуминги и блу-минги-слябинги с горизонтальными валками диаметром 1150 - 1500 мм, производительностью до 3 - 6 млн. т в год. Масса прокатываемых слитков, т: 10 - 22 на блумингах; 40 -45 на слябингах.
Схемы расположения оборудования слябингов и блумингов в основном идентичны, только у слябингов вместо рабочей 2-валковой клети (как у блуминга) устанавливают универсальную клеть, а конструкции оборудования отличаются, главным образом, своими размерами и техническими характеристиками. Для получения широких слябов правильного прямоугольного сечения с ровными боковыми гранями в рабочей клети слябинга, кроме горизонтальных валков, предусматривают вертикальные валки, поэтому такую клеть называют универсальной.
Блуминг 1300, введенный в эксплуатацию в 1964 г. (оборудование участка рабочей клети реконструировано в 1985 г.), предназначен для прокатки слитков массой 8 - 13 т в блумы сечением (200 х 200) - (370 х 370) мм и слябы сечением (100 - 250) х (600 - 1550) мм. Проектная годовая производительность блуминга составляет 6 млн. т. Схема расположения основного оборудования блуминга дана на рис. 8.4.1. Изготовитель оборудования - АО "Уралмашзавод".	>
В цехе имеется двенадцать трупп нагревательных колодцев, по четыре ячейки в каждой труппе. Длина ячейки 9850, ширина 3300 и высота 4450 мм. Вместимость одной ячейки 14 - 16 слитков. Колодцы отапливают смесью коксового и доменного газов теплотой сгорания 5,86 МДж / м3 (1400 ккал / м3). Максимальная тепловая мощность 3,77 • 104 МДж / ч. В колодцах нагревают слитки из углеродистых,
Рис. 8.4.1. Схема расположения оборудования блуминга 1300:
11лП- пролеты нагревательных колодцев; III-скрапной пролет; IV- пролет стана; V - машинный зал;
1 - нагревательные колодцы; 2 * колодцевый кран; 3 - слитковоз; 4 - сГалкиватель слитков;
5 - приемная решетка; 6 - подводящий рольганг; 7 - приемный рольганг; 8 - транспортный рольганг; 9 - весы;
10 - раскатной рольганг перед и за станом; 11 - рабочий рольганг перед и за станом; 12 - рабочая клеть блуминга; 13 - манипуляторные линейки с кантователем; 14, 16, 19 и 21 - рольганги соответственно перед машиной огневой зачистки, перед ножницами, за ножницами, уборочного устройства,; 15 - машина огневой зачистки; 17- ножницы; 18- конвейер уборки обрези; 20 - клеймитель; 22- сталкиватель; 23 - уборочное устройство; 24 и 25 - электродвигатели соответственно рабочей клети и ножниц
ОБЖИМНЫЕ СТАНЫ
361
^явственных и низколегированных сталей. Посадку слитков в колодцы и выдачу из них осуществляют кранами с клещевыми устройствами грузоподъемностью 20 / 50 т. Нагретые слитки транспортируют от нагревательных колодцев по кольцевой слиткоподаче к приемному роликовому конвейеру (рольгангу) четырьмя слитковозами. Максимальные масса перевозимых слитков до 27 т и скорость 5 м/с (на участках закруглений до 1,5 м/с). Сгалки-вателем слитков реечного типа с максимальной силой сталкивания 200 кН и рабочим ходом 4330 мм слитки со скоростью 1 м/с сталкиваются на приемный рольганг. Характеристика всех рольгангов блуминга дана в
табл. 8.4.1. Взвешивание и поворот слитка на 180° осуществляют весами, расположенными над рольгангом. Схема кольцевой слиткопода-чи впервые разработана АО Уралмашзавод (г. Екатеринбург, Россия).
Оборудование уча.стка рабочей клети блуминга. Кантователь, находящийся с передней стороны клети, и линейки манипулятора, расположенные о обеих сторон клети, работают по заданной программе обжатий при прокатке. В зависимости от массы слитка и сечения блума осуществляют прокатку каждого слитка в отдельности или последовательно двух слитков. Обжатие слитка осуществляется за девять - тринадцать ревер-
8.4.1. Технические характеристики рольгангов блуминга 1300
Рольганг	Размеры роликов, мм			Число роликов		Скорость, м/с	Передаточное число привода	Электродвигатель	
	Диаметр	Длина	Шаг	в секции	общее			Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
Подводящий	450	1300 1200	850 800	8 7	15		6,82	50	
Приемный Транспортный	600 450	1200	800	8 7	15	2,0	9,05 • 6,82	63	577
Раскатной перед станом:* 1-я секция 2 - 3-я секции	550 450	2700 2800	800	7	7 14	0,2-4 2,0	3,40 5,66	150 120	490 480
Рабочий перед станом	620 (600)	2800	825 1000 1050	-	8	5,0	1,00	132	160
Рабочий за станом	620 (600)	2800	825 1000 1050	-	8	5,0	1,00	132	160
Раскатной за станом		2800				2	5,62	95	500
Перед машиной огневой зачистки			1100	7	14	0,22	6,4	67	560
Перед ножницами	450	1200	1100 (840)		15	2,1	5,6	95	500
За ножницами					14				
Уборочного устройства			800	8	8	2	6,5	50	577
362
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.4.2. Рабочая клеть блуминга 1300
сивных проходов с кантовкой на 90° через два - четыре прохода.
Каждая пара охлаждаемых водой изнутри линеек манипулятора, находящихся в одной плоскости, приводится через реечную передачу от электродвигателя мощностью 630 кВт, с частотой вращения 32 мин*1. Длина линейки 9550 и высота над уровнем рольганга 750 мм, рабочая скорость перемещения 1,4 м/с, ход линеек 2750 мм. Максимальная сила правки раската при скорости 0,2 м/с 1600 кН.
На одной из линеек манипулятора с передней стороны клети смонтирован крюковой кантователь. Время подъема крючьев кантователя 1,2 с, средняя скорость подъема 1,3 м/с.
Рабочая клеть блуминга 13 00 (рис. 8.4.2). Станины массой 116,8 т каждая установлены на плитовинах и скреплены между собой стяжными шпильками, пропущенными через распорные трубы. Для фиксации рабочих валков в осевом направлении с внешней стороны каждой станины установлены прижимные планки, которые прикреплены к станинам болтами с насаженными на них гидроцилиндрами, обеспечивающими осевую регулировку валков. На приливах станин установлены опоры четырех станинных роликов диаметром 620 мм, которые смонтированы на двухрядных сферических подшипниках.
Кованые стальные валки установлены на цельнопрессованных текстолитовых вкладышах в стальных подушках, которые поджимаются к торцам бочки валков буртами из листового текстолита. Каждый рабочий валок приводится от электродвигателя мощностью 6800 кВт и частотой вращения вала 0-60-90 мин*1 через универсальные шпиндели. Максимально допустимый вращающий момент, передаваемый шпинделем, 3 МН • м, максимальный угол перекоса 6°. Уравновешивание шпинделей -грузовое, уравновешивание верхнего валка -гидравлическое с помощью цилиндра диаметром 360 мм (давление жидкости в гидросистеме 12,5 МПа). Плунжер цилиндра шарнирно соединен с траверсой, а траверса - с двумя балками при помощи тяг, которые своими выступами контактируют с наклонными поверхностями бугелей подушек. Расчетная сила прокатки - до 22 МН.
Нажимное устройство предназначено для установки верхнего валка на требуемый при прокатке раствор валков и представляет собой цилиндрические редукторы с вертикальным расположением осей шестерен, закрепленный на верхних поперечинах станин. Моторные шестерни консольно закреплены на концах электродвигателей вертикального исполнения. В ступице тихоходной шестерни предусмотре
ОБЖИМНЫЕ СТАНЫ
363
но квадратное отверстие, облицованное бронзовыми планками, в котором помещен хвостовик нажимного винта. При необходимости тихоходные шестерни разъединяются шестерней переключения от специального гидроцилиндра. Бронзовая гайка нажимного винта охлаждается маслом и фиксируется от проворота двумя шпонками, установленными в пазах станины.
Параметры нажимного устройства: рабочий подъем верхнего валка 1150 мм поступательная скорость винтов 180 - 220 мм/с резьба винтовой пары........ 560 х 48 мм
передаточное число от двигателя к нажимному винту........ 3,08
Мощность каждого электродвигателя привода нажимных винтов 630 кВт, частота вращения выходного вала 750 / 1000 мин'1. Раствор валков контролируется специальным указателем. Привод указателя раствора осуществляется от тихоходной шестерни нажимного устройства через конический редуктор, соединенный с редуктором указателя раствора валков. Редуктор указателя раствора валков установлен на площадке нажимного устройства. Привод обеспечивает вращение большой и малой стрелок циферблата указателя раствора валков. Большая стрелка показывает ход нажимных винтов от 0 - 100 мм, малая стрелка, при этом, поворачивается на одно деление. Полный оборот малая стрелка делает за максимальный ход верхнего валка.
Перевалка валков осуществляется устройством, состоящим из сварной рамы, опирающейся одним концом на поперечину клети, а другим - на уступ редуктора привода цепного механизма. Съем и установку комплекта валков с подушками выполняют электромостовым краном с помощью специальной траверсы. Масса сменяемого комплекта 115 т.
Оборудование для зачистки, резки и уборки проката. Прокатанные блумы и слябы подвергаются огневой зачистке на машине, основным рабочим элементом которой являются резаки мембранного типа. Максимальное сечение зачищаемого блума 380 х 450 мм, минимальное - 250 х 250 мм, минимальная длина блума 7 м, толщина слоя, снимаемого за один проход, -около 2 мм. Нормальную работу машины огневой зачистки обеспечивают, подавая следующие энергоносители: кислород под давлением 1,2 МПа, природный газ (теплота сгорания 8300 - 8400 ккал/м3, давление 0,8 - 1 МПа), сжатый воздух (давление 0,4 - 0,6 МПа), воду (давление 3 МПа) для форсунок гидросбива шлака
Ножницы с нижним резом (сила резания 12,5 МН) с безредукторным электрическим приводом предназначены для резки горячих
раскатов на отрезки мерной длины и отрезки передних и задних концов раскатов. Ножницы имеют плавающий эксцентриковый вал с верхним расположением его в механизме резания, механический прижим, кинематически связанный с механизмом резания, грузовое уравновешивание механизма резания, комбинированный узел амортизатора ножниц (пружинный и гидравлический). Ножницы приводятся от электродвигателя мощностью 2500 кВт и частотой вращения 23 мин’1. Сила резания 12,5 МН (1250 т), максимальное сечение разрезаемого блума 360 х 450 и сляба 200 х 1000 мм; ход ножей 500 мм, перекрытие ножей 15 мм; максимальный просвет между прижимом и роликом рольганга 435 мм, число резов в минуту- 6 - 12; температура разрезаемых раскатов - не ниже 1050 °C.
Ножницы оснащены передвижным упором, обеспечивающим разрезание раската на отрезки длиной 1300 - 6000 мм. Максимальная масса останавливаемого раската 15 т, высота подъема хобота над уровнем рольганга 500 мм; число подъемов хобота в минуту 12.
Уборка обрези от ножниц осуществляется скребковым конвейером в вагоны-тележки, установленные в скрапном пролете. Скорость движения цепи конвейера 6,4 м/мин, шаг между скребками 3200 мм, угол подъема рабочей ветви цепи 25°, максимальная масса транспортируемого обрезка 1,5 т.
Автоматическое клеймение в торец блу-мов и слябов проводится специальным клей-мителем при их транспортировании по рольгангу. Максимальное число знаков, наносимое на прокат, 23. Подъем клеймовочных рычагов и их стопорение осуществляется пневматическими цилиндрами. Максимальное число ударов в минуту соответствует максимальному числу резов на ножницах и равно 12. Годные блумы от ножниц поступают по рольгангу к непрерывному заготовочному стану для дальнейшей прокатки в заготовку. Товарные блумы и слябы уборочным устройством передаются на склад в скрапной пролет. Уборочное устройство состоит из сталкивателя, штабелирующего стола, стаскивателя, промежуточного стеллажа между столом и рольгангом, промежуточной балки между столом и тележкой, передаточной тележки с канатным приводом, толкателя и приемного стеллажа.
Реечный сталкиватель предназначен для сталкивания блумов и слябов с рольганга на штабелирующий стол, а также для сталкивания стопы заготовок со штабелирующего стола на передаточную тележку. Масса сталкиваемой стопы 30 т; рабочий ход при сталкивании пакета 4900 мм; скорости, м/с: 1 сталкивания заготовки, 0,3 сталкивания стопы, 1,5 обратного хода; сила сталкивания 10 - 20 т.
364
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Штабелирующий стол реечного типа обеспечивает укладку слябов и блумов в стопы массой до 30 т перед уборкой их на передаточную тележку. Скорость подъема и опускания стола - 60 мм/с, рабочий ход стола 600 мм.
Передаточная тележка предназначена для перевозки стопы проката от штабелирующего стола к стеллажу: грузоподъемность тележки 60 т, рабочий ход 17 000 мм, скорость передвижения 1,5 м/с. Привод тележки осуществляется от электродвигателя мощностью 46 кВт через редуктор с передаточным числом 52,5 и канатную передачу, имеющую диаметр барабана 1200 мм.
С передаточной тележки стопы убирают на приемный стеллаж реечным толкателем от двух электродвигателей мощностью 46 кВт каждый через редуктор с передаточным числом 12,64. Максимальная масса убираемых стоп 2 х 30 т.
8.4.2. ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. Заготовочными называют станы, обеспечивающие заготовками сортовые, проволочные и трубопрокатные станы. Заготовочные станы устанавливают непосредственно за блумингом для прокатки заготовок из блумов сечением 300 х 300 и 400 х 400 мм, а также из блумов небольших сечений. В зависимости от типа стана получают заготовки следующих размеров, мм:
непрерывные заготовочные станы с одной группой клетей - крупные сортовые заготовки сечением (125 х 125) - (150 х 150) и блумы сечением (150 х 150) - (200 х 200);
непрерывные заготовочные станы с двумя группами клетей - сортовые заготовки сечением от (80 х 80) - (125 х 125) (выдаются из клетей второй группы) и до 150 х 150, а также блумы сечением до 200 х 200 (выдаются из клетей первой группы);
трубозаготовочные станы с последовательным расположением клетей - круглую заготовку диаметром 75 - 300 для последующей прошивки и раскатки на трубозаготовочных агрегатах.
Кроме того, на заводах качественных сталей для обжатия слитков небольшой массы (1 - 3 т) в заготовку сечением до 140 х 140 мм применяют обжимно-заготовочные станы небольшой годовой производительности (около 500 тыс. т).
На современных непрерывных заготовочных станах полосу между клетями не кантуют (что необходимо при установке клетей только с горизонтальным расположением валков), так как применяют чередование клетей с горизонтальным и вертикальным расположением валков.
Непрерывный	заготовочный стан
850/700/500. Стан изготовлен фирмой "Шкода" (Чехия) и введен в эксплуатацию в 1970 г. Основная часть оборудования реконструирована в 1983 г. по проекту Колпинского отделения ВНИИМЕТМАШ. Дополнительное оборудование изготовлено в СССР и ЧССР. Стан предназначен для прокатки блумов сечением 370 х 370 мм в квадратную заготовку сечением (80 х 80) - (150 х 150) мм и плоскую заготовку толщиной 120 - 160 и шириной 200 - 270 мм из сталей углеродистых обыкновенного качества, конструкционных обыкновенного качества, для армирования железобетонных конструкций, углеродистых качественных конструкционных, легированных конструкционных, конструкционных для мостостроения и низкоуглеродистых.
Стан установлен за блумингом 1300 и состоит из двух групп клетей. Блумы прокатывают на стане при их начальной температуре 1050 °C без промежуточного подогрева. Схема основного оборудования стана приведена на рис. 8.4.3. Проектная годовая производительность стана 5,4 млн. т.
Основное оборудование ста-н а. Характеристики всех рольгангов стана приведены в табл. 8.4.2. Клети стана подразделяются на две группы. Первая ipynna состоит из шести клетей с горизонтальным расположением валков и двух клетей - с вертикальным. Две первые клети с горизонтальным расположением валков установлены отдельно от остальных клетей. Вторая ipynna состоит из трех клетей с вертикальным расположением валков и трех клетей - с горизонтальным. Привод всех клетей индивидуальный. Характеристика рабочих клетей и их привода дана в табл. 8.4.3, принципиальная схема прокатки квадратных заготовок на стане - на рис. 8.4.4.
РабЬчие валки всех горизонтальных клетей установлены на четырехрядных роликовых конических подшипниках. Уравновешивающее устройство верхнего валка гидравлическое. Клети оборудованы механизмами установки верхнего и нижнего валков. Характеристики механизмов установки верхнего валка приведены в табл. 8.4.4.
Основными узлами рабочей линии 730D являются клеть, шпиндельное соединение, шестеренная клеть и привод, который состоит из редуктора, промежуточного вала и электродвигателя. Рабочая клеть и шпиндельное соединение жестко связаны между собой и в процессе прокатки фиксируются на плитовине от осевого смещения гидропружинными зажимами. Для установки на ось прокатки требуемым калибром клеть перемещается по плитовине гидравлическим цилиндром. Шестеренная клеть закреплена на плитовине стацио-
Wj
Рис. 8.4.3. Схема расположения оборудования непрерывно-заготовочного стана 850/700/500:
7 - подводящий рольганг; 2 - рабочая клеть 850 первой непрерывной группы;
3 - рольганг между клетями 1 и В; 4 - кантователь;
5 - рабочая клеть 700 с вертикальными валками первой непрерывной группы;
6 - рабочая клеть 700 первой непрерывной группы; 7 - канатный шлеппер; 8 - рольганг обводной линии;
9 - рольганг между станами; 10 - ышнимюл ножницы; 11 - кантователь;
12 - рабочая клеть 700 с вертикальными валками второй непрерывной труппы;
13 - рабочая клеть 700 второй непрерывной группы; 14 - рольганг, подводящий к ножницам;
75- рабочая клеть 500 с вертикальными валками второй непрерывной группы;
16 - рабочая клеть 500 второй непрерывной группы; 77 - рольганг перед ножницами обводной линии;
18 - ножницы летучие обводной линии; 19 - ножницы летучие основной линии; 20 - конвейер уборки обрезков;
21 - ъолыанг за ножницами обводной линии; 22 - рольганг за ножницами обводной линии (секция 2);
23 - рольганг за летучими ножницами основной линии; 24 - рольганг пакетирующий обводной линии;
25 - рольганг пакетирующий основной линии; 26 - рольганг реверсивного шлеппера; 27 - реверсивный шлеппер;
28 - рольганг холодильников обводной линии; 29 - рольганг холодильников основной линии;
30 - холодильники; 31 - мхкловыь краны; 32 и 33 - электродвигатели первой непрерывной группы;
34 - электродвигатели второй непрерывной группы; 35 - электродвигатель летучих ножниц
ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
§
8.4.2. Технические характеристики рольгангов непрерывного заготовочного стана 850/700/500
Рольганг	Размеры роликов, мм			Число роликов		Скорость, м/с	Передаточное число привода	Тип привода	Электродвигатель	
	Диаметр	Длина	Шаг	в секции	общее				Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
Подводящий	350	1700 800	1200 1050	2 3	12	0,2 - 0,8	4,12	Группо-вой	10	180
Между клетями 1 и В	350	800	1200 1000	2 3	20	0,2 - 0,8	4,12		10	180
Между станами	350	800	2000	-	44	1,0 - 2,5	2,55	Ицди-видуаль-ный	7,2	340
Обводной линии	350	800	2000	-	46	2,5	2,55		7,2	340
Подводящий к ножницам	350	800	2000	6 7	13	2,5	4,236	Групповой	2x32	580
Обводной линии, расположенный: перед ножницами за ножницами за ножницами, вторая секция	350 350 350	800 800 800	1200 1200 1500	3 2 7	6 7 7	2,5 2,5 - 4,0 2,5 - 4,0	5,25 4,14 4,236		22 22 2 х 22	715 635 635
С косорасположенными роликами	350	800	1500	9	9	2,5 - 4,0	4,221		2x22	635
Обводной линии пакетирующий	350	2175	1500	4	12	2,0 - 3,5	5,326		2 х 37	565
Основной линии: расположенный за летучими ножницами	350	V-образ-ный	*1540	-	3	3,3 - 8,0	-	Индивидуальный	5,3	450
	350	500	1050 1300 1350 1400		21					
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.4.2
Рольганг	Размеры роликов, мм			Число роликов		Скорость, м/с	Передаточное число привода	Тип привода	Электродвигатель	
	Диаметр	Длина	Шаг	в секции	общее				Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
пакетирующий	400	2175	1500	4	12	3,0 - 7,4	4,178	Групповой	6x75	510/1250
Реверсивного шлеп-пера	350	2000	1300 1500	-	10	2,0	5,8	Индивидуальный	8	550
Для холодильников: основной линии	350	2000	1400 1200	-	77	2,0	5,8		8	550
обводной линии	350	2000	1400 1200	-	77	2,0	5,8		8	550
8.4.3. Технические характеристики ipynn рабочих клетей непрерывного заготовительного стана 850/700/500
Клеть			Размеры валков, мм			Расстояние между осями шестеренных валков, мм	Частота вращения валков, мин*1	Передаточное число привода	Электродвигатель привода валков		Сила прокатки максимальная, МН
Группа	Обозначение	Тип	Максимальный диаметр	Минимальный диаметр	Длина бочки				Мощность, кВт	Частота вращения, мин*1	
Г1	А	Горизонтальная	900	820	1200	1120	8,0 - 10,9	35,3	1300	250 - 575	700
	1	Горизонтальная					10,2 - 13,8	22,3	1800	200-600	
	В	Горизонтальная					12,5 - 17,3	22,3	1300	250 - 575	
	2	Горизонтальная					15,1 - 20,8	14,5	1800	200 - 600	
ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.4.3
Клеть			Размеры валков, мм			Расстояние между осями шестеренных валков, мм	Частота вращения валков, мин*1	Передаточное число привода	Электродвигатель привода валков		Сила прокатки максимальная, МН
Группа	Обозначение	Тип	Максимальный диаметр	Минимальный диаметр	Длина бочки				Мощность, кВт	Частота вращения, мин*1	
Г1	3	Вертикальная	730	680	900	*2	22,6 - 30,8	14,45	4 х 710	500 - 1000	350
	4	Горизонтальная			1200	900	24,8 - 41,9	10,15	3150	315 - 500	500
	5	Вертикальная			900	*2	25,5 - 51,9	14,45	4 х 710	500 - 1000	350
	6	Горизонтальная			1200	900	24,9 - 64,8	6,60	3150	315 - 500	500
II	С	Вертикальная			900	*2	51,5 - 86,2	10,30	4 х 710	500 - 1000	200
	D	Горизонтальная			1200	900	62,5 - 97,6	4,32	3150	315 - 500	
	7	Вертикальная	580	530	800	*2	106 - 148	5,85	4 х 710	500 - 1000	130
	8	Горизонтальная				650	123 - 171	2,51	1800	200 - 600	
	9	Вертикальная				*2	159 - 219	4,00	4 х 710	500 - 1000	
	10	Горизонтальная				650	190 - 262	1,83	3150	315 - 500	
п Характеристика клетей после завершения реконструкции.
*2 Комбинированный редуктор.
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
369
Рис. 8.4.4. Принципиальная схема прокатки квадратных заготовок на стане 850/700/500
нарно, валки с подушками установлены в литых стальных станинах. Нажимные винты механизмов и механизм установки верхнего и нижнего валков приводятся от электродвигателей через червячные редукторы. Гайки нажимных винтов смонтированы в расточках поперечных станин.
Конструкция вертикальной клети 730 приведена на рис. 8.4.5. В состав клети входят
следующие узлы: кассета с валками 1, узел рамы с плитовинами 2, механизм перемещения кассеты 3; механизм подъема кассеты 4; привод клети 5; узел шпинделей 6; площадки обслуживания 7.
Кассета состоит из стальных станин, в проемах окон которых размещены валки с подушками, левый и правый механизмы установки валков, аналогичные по конструкции механизмам установки верхнего валка горизонтальной клети. Уравновешивание валков -пружинное.
Узел рам с плитовинами содержит две сварные рамы замкнутого контура, закрепленные на литых плитовинах, установленных на фундаменте. Боковые поверхности окон рам, взаимодействующие с кассетой, облицованы сменными планками. В раме со стороны входа металла встроены гидроцилиндры фиксации кассеты в рабочем положении.
Механизм перемещения кассеты содержит направляющие, закрепленные в проемах рамы и на специальных стойках за ее пределами, а также гидроцилиндр. На конце штока закреплен крюк, взаимодействующий со скобой кассеты при ее перемещении по направляющим.
Механизм подъема кассеты предназначен для подъема и опускания кассеты при переходе с одного калибра на другой и перевалке кассеты. Два винта 250 х 24 мм приводятся от электродвигателя мощностью 111 кВт и п = = 490 мин'1 через червячные редукторы с / = = 40. Узлы привода клети - редуктор и четыре электродвигателя вертикального исполнения, установленные на редукторе через промежуточные стойки.
Редуктор состоит из литого корпуса с вертикальным разъемом, в который заключены зубчатые передачи с опорами на подшипниках качения. Два двигателя через промежуточные соединения и косозубые шестерни быстроходных валов приводят во вращение одно колесо первой ступени зубчатой передачи, и далее, через вторую ступень - тихоходный вал. Для
8.4.4. Технические характеристики механизмов установки верхнего валка клетей непрерывного заготовочного стана 850/700/500
Группа клетей	Обозначение клети	Скорость перемещения нажимных винтов, мм/с	Электродвигатель	
			Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
I*	Л, /, Д 2, 4, 6	0,3 - 1,2	56	300 - 1200
П*	D 8, 10	0,35 - 0,9 0,3 - 1,1	8 8,2	230 - 850 400 - 1600
* Горизонтальные клети.
370
Глава 8.4. ОБЖИМНЫЕ И ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.4.5. Вертикальная клеть 730 конструкции Колпинского отделения ВНИИМЕТМАШ
обеспечения синхронности вращения тихоходных валов и возможности перераспределения вращающего момента, тихоходные валы связаны между собой цилиндрическими зубчатыми колесами, установленными консольно. Торцы зубчатых колес снабжены выступами, которые сопрягаются с соответствующими пазами вилки верхнего шарнира шпинделя. Тихоходные валы редуктора пустотелые. Через них проходят валы шпинделей. Зубчатые колеса и подшипники смазываются жидкой циркуляционной смазкой. Верхние и нижние шарниры шпинделей 6 установлены на подшипниках качения.
Корпус редуктора привода клети опирается на подредукторную раму, устанавливаемую на верхнюю часть узла рам с ллито-винами. Внутри подредукторной рамы смонтированы механизмы фиксации шпинделей (на рис. 8.4.5 не показаны). Этими механизмами шпиндели удерживаются в верхнем положении при разъединении нижних шарниров шпинделей с приводными концами рабочих валков во время перевалки.
Оборудование для резки, охлаждения и уборки готового проката. Маятниковые ножницы, характеристика которых приведена в табл. 8.4.5, предназначены для отрезки переднего дефект
ного конца раската перед подачей в валки рабочей клети второй непрерывной клети, а также для аварийной резки на ходу. Узел маятника (механизм резания ножниц), состоящий из верхнего и нижнего суппортов с ножами, боковин и эксцентрикового вала, установленного на подшипниках качения, смонтирован на сварной станине козлового типа.
В исходном положении маятник под действием противовеса отклонен от вертикали навстречу движущемуся прокату на угол 12°. Вместе с движущимся раскатом маятник может отклоняться от исходного положения в другую сторону на угол 30°.
Основными узлами летучих ножниц, установленных на основной линии, являются механизм резания, механизм пропуска раза и его включения и главный привод. Механизм резания состоит из двух несущих барабанов (верхнего и нижнего), смонтированных в станине на подшипниках качения. Барабаны связаны между собой замыкающими шестернями.
Внутри каждого барабана смонтирован планетарный механизм, состоящий из шестерен солнечной, промежуточной и планетарной. При вращении несущих барабанов планетарные шестерни совершают плоскопараллельное движение по окружности.
8.4.5. Технические характеристики ножниц
Ножницы		Наибольшая сила резания, МН	Скорость движения металла, м/с	Длина ножей, мм	Температура металла, °C, не менее	Длина порезанных заготовок, м	Наибольшее разрезаемое		Передаточное число редуктора привода	Двигатель	
Наименование	Тип									Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
							сечен»	5, ММ			
Маятниковые	Эксцентриковые	2,0	До 2,5	400	1000	-	150 х	150	3,180	1250	200 - 400
Летучие (основная линия стана)	Рычажно- планетарные	1,5	До 6,5	250	900	5 - 6; 10 - 12	125 х	125	3,714	2* х 1250	200 - 400
Летучие (обводная линия стана)	Кривошипные	4,0	2,3	550	900	4 - 12	160 X	270	5,500	2000	315 - 600
* Число двигателей.
ЗАГОТОВОЧНЫЕ СТАНЫ	371
372
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Планетарные механизмы верхнего и нижнего барабанов связаны между собой шарнирно-рычажной системой. С планетарными шестернями жестко связаны режущие головки с закрепленными на них ножами. При каждом обороте барабанов ножи режущих головок встречаются и происходит рез. При включении шарнирно-рычажной системы солнечные шестерни поворачиваются на некоторый угол, ножи не задевают проходящий через ножницы металл и таким образом осуществляется пропуск реза. При выполнении резов на каждом обороте барабанов получают длину заготовки 6 м. Поскольку ножницы допускают обгон движущегося металла ножами на угол до 20°, то можно получать полосы д линой 5 - 6 и 10 -12 м. Перед ножницами установлены тянуще-следящие ролики, с помощью которых обеспечиваются заданные длины отрезков металла.
Заготовки, прокатанные в первой непрерывной группе клетей, передаются канатным шлеппером со скоростью 1,28 м/с на обводную линию. Диаметры каната 22,4 и барабанов 850 мм, ход тележек шлеппера 7750 мм. Привод осуществляется от трех электродвигателей мощностью по 50 кВт с частотой вращения п = 580 мин*1, передаточное число редуктора привода / = 20.
Летучие ножницы обводной линии содержат клеть с механизмом резания, привод и блоки станинных роликов. Клеть состоит из литого стального корпуса с двумя горизонтальными разъемами, двух кривошипных валов, соединенных между собой через зубчатую передачу. Концы кривошипов шарнирно соединены с механизмом резания, выполненным в виде двух водил и шатунов, в головках которых закреплены ножи. Второй конец водил шарнирно закреплен на осях рычагов, жестко установленных на станине. Ножницы работают с электрическим выравниванием скоростей. Заготовки, полученные из одного раската летучими ножницами, клеймятся в торец маятниковыми клеймителями и собираются в пакет на пакетирующем рольганге. Пакеты заготовок с помощью реверсивного шлеппера могут передаваться, при необходимости, с основной линии на обводную, и наоборот, - для последующего их транспортирования на холодильники (охлаждение до температуры 300 - 400 °C).
Холодильник состоит из двух самостоятельных секций, каждая из которых имеет механизм загрузки и разгрузки в виде канатных шлепперов (диаметр каната 22,4 мм, диаметр канатных барабанов 850 мм, скорость шлепперов 1,3 м/с, длина холодильника 33,7 м). С холодильников пакеты заготовок убираются кранами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976.
2.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. М.: Металлургия, 1988. Т. 3 Машины и агрегаты для производства и отделки прокату / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. Н. Гребеник и др. 1988. 680 с.
3.	Орлов Б. Я. Современное состояние и перспективы развития прокатного оборудования, проектируемого и изготавливаемого ПО "Уралмаш" // Конструирование и совершенствование прокатного оборудования. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1985.
4.	Скоркин Н. В., Орлов В. М. Реконструкция непрерывного заготовочного стана 850/700/500 Западно-Сибирского металлургического комбината // Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов: Сб. науч, тр. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989.
5.	Стоша Е. А., Кулик Б. Ф., Дрозд В. Г. Высокопроизводительные непрерывные заготовочные станы // Вестник машиностроения, 1971. № 2. С. 14 - 18.
6.	Целиков А. И., Зюзин В. И. Современное развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972.
Глава 8.5
СОРТОВЫЕ СТАНЫ
8.5.1.	КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. К крупносортным изделиям относятся круглый прокат диаметром более 60 мм, а также прокат другого профиля, эквивалентный по массе одному метру круглого проката диаметром более 60 мм (28,3 кг/м).
Принятая в настоящее время классификация крупносортных станов по основному сортаменту приведена в табл. 8.5.1.
Однако практически сортамент изделий, изготовляемых на станах, определяется многими требованиями, в результате чего ряд станов, строго говоря, нельзя отнести только к крупносортным или только к среднесортным. Некоторые станы по своему сортаменту могут быть отнесены, например, к крупносортнозаготовочным.
К крупносортным станам, в соответствии с указанной выше классификацией, относятся, по меньшей мере, три типа станов: собственно крупносортные, рельсобалочные и универсальные балочные.
Далее рассмотрены станы, которые по своим схемам и другим классификационным признакам можно отнести к крупносортным.
Крупносортные станы до 60-х гг. XX в. строились по различным линейным схемам, в последующий период создавали полунепрерывные и непрерывные станы. Однако линей-
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
373
8.5.1. Классификация крупносортных станов по назначению
	Типы станов				
Получаемый прокат	Крупносортные	Крупносортно-	Рельсо-	Универсальные балочные	
(регламентируемый размер)		балочные	балочные	специализированные	комбинированные
		Размеры прок	ат а, мм		
Круг (диаметр)	60 - 200	60 - 200	80 - 350	-	80 - 350
Квадрат (сторона)	60 - 180	60 - 180	80 - 300	-	80 - 300
Полоса (ширина)	60 - 200	60 - 200	75 - 250	-	75 - 1200
Уголок равнобокий (полки)	90 - 200	90 - 200	120 - 250	-	120 - 250
Швеллер (высота)	120 - 300	120 - 300	200 - 450	-	200 - 450
Балка (высота): обычная	180 - 300	180 - 300	300 - 600	100 - 600	300 - 1000
широкополочная	-	100 - 600	-	100 - 1200	100 - 1200
।	Мс 1	।	icca одного метр	а проката, кг	1	1	
Рельс	1	:	1	33 -	1		33-75
ные станы строят и в настоящее время там, где они более эффективны по условиям металлургического завода и требуемой производительности.
Существующие крупносортные станы имеют от двух до семнадцати рабочих клетей, расположенных в одну - три линии, а также последовательно или непрерывно. Линейные реверсивные 2-валковые крупносортные станы считаются устаревшими.
Линейные крупносортные 3-валковые станы более рациональны. Их преимущества по сравнению с реверсивными станами:
наличие в трех валках 3-валковых клетей большего места для размещения калибров, что особенно важно при производстве крупных балок;
при одинаковом числе рабочих клетей производительность 3-валковых станов выше, главным образом, благодаря снижению общей продолжительности прокатки (отсутствие реверса).
Крупносортные 3-валковые станы по расположению рабочих клетей подразделяют на два типа - с прокаткой в три и две линии.
Для уменьшения длины здания, облегчения обслуживания и обеспечения высокой производительности и равномерной загрузки отдельных клетей наиболее целесообразна 2-линейная схема - д первой линии располага
ется реверсивная 2-валковая обжимная клеть, во второй - две промежуточные 3-валковые клети и чистовая нереверсивная 2-валковая клеть.
Для четкой работы обжимной клети особое внимание следует уделить расположению манипуляторов, кантователей, подводящих и отводящих рольгангов, а также рациональному выбору рабочего места операторов на главном посту управления.
У обжимных клетей чаще применяют манипуляторы с расположением привода линеек (и кантователей) со стороны двигателя стана, при этом кантователи устанавливают с обеих сторон стана.
При одностороннем расположении привода облегчается обслуживание манипулятора и кантователей, так как все механизмы и их привод расположены с одной стороны стана: облегчаются перевалка, или смена валков, (со стороны, противоположной двигателю, - площадка у обжимной клети остается свободной), обслуживание и ремонт рольгангов (открывается доступ к приводу и трансмиссионному валу).
Практика эксплуатации современных станов показывает, что во всех случаях, когда отсутствует кантователь с задней стороны, число пропусков раската через рабочую клеть увеличивается.
374
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Работа впереди стоящего блуминга упрощается, когда на крупносортный стан пощупают не только квадратные, но и прямоугольные заготовки. В этом случае на одном комплекте валков блуминга для всех профилей крупносортного стана прокатывают блумы двух - трех размеров.
При прокатке же в обжимной клети крупносортного стана заготовок прямоугольного сечения можно обеспечить (при наличии кантователей с обеих сторон) более рациональную калибровку.
Расположение подводящего рольганга должно быть таким, чтобы литая заготовка подавалась к стану по оси первого калибра. В этом случае систему калибров валков выполняют так, чтобы первый калибр находился со стороны кантователя. Последующие калибры располагают последовательно за первым, что обеспечивает минимальную затрату времени на кантовку.
Таким образом, подводящий рольганг обжимной клети располагают со стороны главного двигателя, а отводящий - так, чтобы ось первого калибра 3-валковой клети совпадала с осью последнего калибра обжимной клети. Клети 3-валковых станов обычно оборудованы подъемно-качающимися столами и манипуляторами с кантователями (с обеих сторон стана), а также шлепперами.
Достаточно большой сортамент профилей, получаемых на станах, приводит к необходимости частой смены валков. В целях экономии рабочего времени на современных станах перевалку осуществляют клетями. В табл. 8.5.2 приведены характеристики некоторых станов этой группы с 3-валковыми клетями.
Из станов линейного типа с 3-валковыми клетями наиболее современным является 4-клетьевой крупносортно- заготовочный стан 950/800/850 2-ли-нейного типа, эксплуатирующийся на Орско-Халиловском металлургическом комбинате, годовой производительностью 1,4 млн. т (конструкция ПО "Уралмаш"). Этот стан рассчитан на прокатку со скоростью до 5 м/с рельсов тяжелого типа (50, 65 и 75 кг/м), двутавровых балок высотой до 600 и шириной полок до 210 мм, швеллеров высотой до 450 мм, круглой стали диаметром 120 - 350 мм и другого проката из блумов сечением до 380 х 400 мм и массой до 6 т.
Стан 950/800/850 имеет ряд отличительных конструктивных особенностей! обжимная рабочая 2-валковая клеть 950 оборудована нажимным механизмом верхнего валка с приводом от двух электродвигателей вертикального исполнения; черновые рабочие 3-вал
ковые клети 800 и чистовая рабочая 2-валковая клеть 850, несмотря на использование станины открытого типа, характеризуются весьма высокой жесткостью благодаря применению специального клинового соединения станин с крышками.
На этом стане применена система безре-дукторного привода линеек манипулятора с установкой их на катках. Делительные ножницы новой конструкции усилием резания 5 МН имеют гидравлический привод. Разрезка раската на мерные длины выполняется с помощью усовершенствованных дисковых пил. Оригинальная конструкция холодильника основана на принципе переноса металла над поверхностью стеллажа. На стане предусмотрена поточная отделка и термическая обработка рельсов.
Полунепрерывные и непрерывные станы. Один из путей решения проблемы производства экономичных профилей проката заключается в снижении металлоемкости проката массового потребления, достигаемое благодаря более рациональной, с точки зрения прочности, формы поперечного сечения и ужесточению допусков на элементы профиля при обеспечении заданных прочностных показателей.
Непрерывность процесса и высокие скорости прокатки определяют высокую производительность этих станов, что, в свою очередь, требует решения вопросов механизации и автоматизации основных и наиболее трудоемких вспомогательных операций, а также осуществления поточной отделки проката - правки, разрезки, обвязки и пакетировки.
В табл. 8.5.3 приведены данные по некоторым крупносортным станам полунепрерывного и непрерывного типов.
Крупносортный стан 600 -первый полунепрерывный стан, созданный в России, является самым высокопроизводительным станом в мировой практике (рис. 8.5.1). Сортамент изготовляемой на этом стане продукции - рельсы массой до 24 кг/м, балки высотой 100 - 200 мм, круглая сталь диаметром 50 - 120 мм и другие изделия. Прокат получают из литых заготовок сечением 300 х 300 мм со скоростью до 10 м/с.
Рабочие 2-валковые клети стана 600 выполнены с горизонтальными (Г) и вертикальными (В) валками диаметром 850, 730 и 580 мм, расположенными в трех параллельных линиях, что способствует хорошей маневренности в работе и сокращению простоев стана. В первой линии стана находятся две непрерывные группы: первая - из пяти рабочих клетей, вторая - из трех рабочих клетей. Остальные рабочие клети расположены последовательно и в шахматном порядке (табл. 8.5.4).
8.5.2. Технические характеристики крупносортных 3-валковых станов
Место установки		Размеры исходной литой заготовки, мм	Сортамент готовой продукции (размеры, мм)	Число рабочих клетей	Тип рабочих клетей, размеры* рабочих валков, мм	Наибольшая скорость прокатки, м/с	Общая мощность главного привода, МВт	Годовая производительность, тыс. т	Фирма-изготовитель	Масса механооборудования, тыс. т
Страна	Фирма, завод (город)									
РОССИЯ	охмк (Ново-троицк)	200 х 200; 380 х 400	Круг диаметром 120 - 350 Двутавры высотой до 600 и шириной до 210, швеллеры высотой до 450 Рельсы 50 - 75 кг/м	4	2-валковая, 950 х 2300 3-валковая, 800 х 1900 2-валковая, 850 х 1200	5	15,1	1400	ПО "Уралмаш" (Россия)	13,6
	НТМК (Нижний Тагил)	300 х 300	Двутавры высотой 160 - 200 Швеллеры высотой 160 - 200 Уголки с полкой 90 - 200 Круг диаметром 70 - 140	4	2-валковая, 800 х 2100 3-валковая, 680 х 1700 2-валковая, 680 х 1200	7	11,3	860	ЭЗТМ (Россия)	10,4
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ	375
Продолжение табл. 8.5.2
Место установки		Размеры исходной литой заготовки, мм	Сортамент готовой продукции (размеры, мм)	Число рабочих клетей	Тип рабочих клетей, размеры* рабочих валков, мм	Наибольшая скорость прокатки, м/с	Общая мощность главного привода, мВт	Годовая производительность, тыс. т	Фирма-изготовитель	Масса механо-оборудования, тыс. т
Страна	Фирма, завод (город)									
США	"Юнайтед Стейтес Стил Кор-порейшин"	Масса до 2,6 т	Двутавры высотой до 610 и шириной полки до 305	8	2-валковая, 1015 3-валковая, 1170 2-валковая, 865	Нет сведений		770	Нет сведений	
	"Колумбия Женева Стил дивижн”	(190-255)х(250-508)	Квадрат со стороной (60x60)-(180x180) Двутавры высотой 100 - 150 Швеллеры высотой до 380 Уголки с полкой 90 - 150 Круг диаметром 60 - 180	4	2-валковая, 813 х 1775 3-валковая, 660 х 1680 2-валковая, 660 х 1220	6	7,5	600	"Морган" (США)	8,5
* Диаметр х длина или только диаметр бочки валка.
Примечание. Использованные сокращения: ОХМК - Орско-Халиловский металлургический комбинат; НТМК - Нижнетагильский металлургический комбинат; ЭЗТМ - Электростальский завод тяжелого машиностроения.
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
377
8.5.3. Технические характеристики полунепрерывных и непрерывных станов
Размеры, мм
Параметр	Место установки		
	Завод "Пайне-Зальц-Гиттер", г Пайне (Германия)	Завод "Ниппон Стил", фирма "Кимитсу" (Япония)	Коммунарский металлургический завод, г Коммунарск (Украина)
	Фирма-изготовитель проекта и оборудования		
	"Шлеманн-Зимаг" (Германия)		Ижорский завод (Россия)
Тип стана	Непрерывный		Полунепрерывный
Сечение исходной заготовки	(135 х 135) -(300 х 210)	-	300 х 300
Сортамент изготовляемых изделий	Нормальная балка высотой до 240 Тонкостенная балка высотой до 400 Широполочная балка высотой до 240 Швеллер высотой до 240	Широкополочная балка высотой 150 -500 и шириной полки до 202	Нормальная и широкополочная балки высотой 100 - 200 Швеллер высотой 100 - 200 Уголок с шириной полки 80 - 160 Круг диаметром 50 -120 Квадратная заготовка со стороной (50 х 50) - (100 х 100) и др.
Годовая производительность, тыс. т	960	500	1600
Максимальная скорость прокатки, м/с	10	8	10
Общая	мощность главного	привода рабочих клетей, МВт	-	13,9	34,4
Общее число клетей	12	15	17
Число и типы клетей / Клети	черновой группы	w группам; размеры валко 1-я реверсивная 2-валковая 1050 х 2200*2	в (диаметр х длина бочки 3 последовательных 850 х 1200*2; 1 реверсивная 1150 х 2500*2	или только диаметр) 1-я отдельная 2-валковая 850; 2 - 6-я непрерывные 2-валковые 850 и 730
Клети чистовой группы	11 непрерывных: 7 горизонтальных 750 х 1000*2 или универсальных 1050 / 750*1; 4 комбинированных 570 х 900*2	И непрерывных: 5 из промежуточной группы: 3 универсапьных 1200 / 900*1; 2 вспомогательных 750 х 700*2; 6 клетей чистовой группы: 4	универсальных 1200 / 900*1; 2	вспомогательных 750 х 700*2	7-я отдельная 2-валковая 730; 8 - 10-я непрерывные 730; 11 - 16-я последовательные 730 и 580; 17-я универсальная 830 / 420*1 или 2-валковая 580
** В числителе - диаметр горизонтального рабочего валка; в знаменателе - вертикального.
*2 Диаметр валка х длину бочки.
Рис. 8.5.1. План расположения оборудования стана 600:
I - печной пролет; II - пролет стана; III - пролет отделки и склад готовой продукции; IV- машинный зал;
7 - разгрузочная решетка; 2 - нагревательная печь; 3 - толкатели; 4 - загрузочный рольганг; 5 - приемный рольганг; 6 - электродвигатели; 7- редуктор, 8 - шестеренная клеть; 9 - проходная нагревательная печь; 10 - ножницы усилием 800 т; 77 - разгрузочный шлеппер; 12 - передаточный шлеппер;
13 - пилы горячей резки; 14 - пилы холодной резки; 15 - сортоправильная машина; 16 - сортоукладчик; 17- пневмотранспортер проб; 18 - ъыоииамшь 19 - передаточная тележка; 20 - весы; 27 и 22 - участки отделки соответственно трубной заготовки и рельсов; 23 - линия доотделки металла;
24 - мостовые краны; 25 - ручной кран; 26 - кран-балка; К - кантователь; 1Г... 16Г - рабочие клети горизонтального типа и В - вертикального типа
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
379
8.5.4. Технические характеристики рабочих клетей
Клеть		Валки			Передаточное число редуктора	Характеристика двигателя привода	
Номер	Тип	Номинальный диаметр	Длина бочки	Частота вращения, МИН'1		Мощность, кВт	Частота вращения вала, мин*1
		мм					
1	Г	850	1200	4,2-16,8	23,73	1250	100-200/400
2				5,5-22,2	17,96		
3	В	730	800	11,4-30,6	32,65	4* х 300	375-750/1000
4	г		1200	11,8-47,5	8,43	1250	100-200/400
5	в		800	19,2-52,0	19,19	4* х 300	375-750/1000
6	г		1200	19,0-76,0	5,25	1250	100-200/400
7	г		1200	16,2-68,5	5,25	1800	85-170/360
8	в		800	22,5-60,0	16,55	4* х 300	375-750/1000
9	г		1200	30-84	3,34	3200	100-200/330
10				40-133	1,96		77,5-155/260
11				48-160	1,61		
12				77,5-260	Без редуктора		
13		580	1000				
14				62,5-260		2650	62,5-155/330
15				77,5-330		2500	77,5-155/330
16							
17							
* Число двигателей.
380
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Характерная особенность стана - наличие рабочих клетей с вертикальными валками, приводимыми во вращение через цилиндрические зубчатые передачи от четырех электродвигателей вертикального исполнения мощностью 300 кВт и с частотой вращения вала 750/1000 мин*1. Привод такого типа позволяет отказаться от конических шестерен, а также вывести шарниры шпинделей на верх редуктора для более удобного их обслуживания и сокращения высоты рабочей клети. Кроме того, разработанная схема привода обеспечивает передачу мощности к каждому рабочему валку от двух электродвигателей и исключает наличие опрокидывающих моментов в клети. Все эти особенности конструкции способствуют улучшению эксплуатационных качеств и уменьшению габаритных размеров и массы рабочей клети.
Для перевалки валгбэв рабочей клети предусмотрено устройство с гидроприводом.
Конструкция чистовой рабочей 2-валковой клети с горизонтальными валками диаметром 580 мм выполнена со станинами открытого типа, но с жестким клиновым соединением корпуса и крышки, обеспечивающим жесткость, близкую к жесткости станины закрытого типа. Рабочие валки смонтированы на подшипниках жидкостного трения (ПЖТ) диаметром 400 мм. Уравновешивание верхнего горизонтального валка осуществляется с помощью тарельчатых пружин, вмонтированных в подушки нижнего валка.
Нажимной механизм верхнего валка с приводом от электродвигателя постоянного тока мощностью 12 кВт и частотой вращения вала 760 мин*1 через червячные редукторы создает максимальную силу, действующую на нажимные винты (1,7 МН), рассчитанную на поджатие валка в процессе прокатки, и скорость поступательного перемещения винтов 0,08 мм/с.
Для установки нижнего валка применяют нажимное устройство, снабженное ручным приводом.
С целью сохранения постоянной оси прокатки предусмотрено устройство для перемещения рабочей клети в горизонтальном направлении при переходе с калибра на калибр. В фиксированном положении рабочую клеть крепят на плитовинах четырьмя стационарными зажимами, работающими на гидропласте.
Конструктивная особенность рольгангов у нагревательных печей, рабочих рольгангов и рольгангов у ножниц - наличие группового привода и цилиндрических зубчатых передач, обеспечивающих повышение скорости транспортирования металла в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с рольгангами с коническими зубчатыми передачами.
Для кантовки сортового проката любого профиля (за исключением круга) используют
универсальный кантователь с кантующей шайбой, позволяющий осуществлять поворот проката на любой угол в пределах 90° как без смещения, так и со смещением проката по ширине рольганга.
Одной из наиболее сложных проблем, решенных при проектировании стана 600 -разрезка раската большой длины при малом цикле прокатки. Создание новой системы резания (десять дисковых пил и вспомогательное оборудование) позволило совместить по времени транспортирование и разрезку, в результате чего получена возможность резать раскат длиной 96 м на мерные длины при цикле резания 12 с.
Кроме оборудования в потоке для полунепрерывного крупносортного стана 600 предусмотрены три отдельных участка:
доотделки (доправки и разрезки) сортового проката на правильном прессе и пиле холодной резки;
отделки рельсов;
отделки круглого проката.
Крупносортно-заготовочный стан 6 30 (рис. 8.5.2) металлургического комбината "Красный Октябрь" в г. Волгограде (Россия) предназначен для получения круглой стали диаметром 58 - 360 мм и квадратной заготовки со стороной 100 х 100 мм из высококачественных сталей (легированных в том числе - подшипниковых). Годовая производительность стана 1,25 млн. т проката, длина готового проката до 6 м, масса пачек прутков до 10 т.
Исходные заготовки имеют сечение (240 х 270) - (370 х 420) мм и длину 2,9 -7,0 м. Заготовки загружают в печь с блуминга, установленного в предыдущих пролетах здания цеха, либо в горячем состоянии без предварительного контроля, либо охлажденными и после контроля и устранения дефектов. Загрузка выполняется краном, который подает заготовки на решетки 7, а затем по одной рольгангом к печам 2 и 3. Печь 2 с шагающим подом предназначена главным образом для дополнительного нагрева горячего металла. Две печи 3 толкательного типа.
После нагрева заготовки подаются по рольгангу к первой 2-валковой реверсивной клети с рабочими валками диаметром 1000 и длиной бочки 2500 мм, где осуществляется прокатка за три - семь пропусков. Если требуется, то заготовку можно разрезать пополам гидравлическими ножницами.
После первой клети поток заготовок разделяется. Прутки круглого сечения диаметром 300 - 360 мм подаются на отводящий рольганг или участок второй реверсивной клети (размеры валков 850 х 2200 мм), где проводится чистовая прокатка прутков круглого сечения диаметром 160 - 280 мм и промежуточных размеров для дальнейшей прокатки более мелких сечений в чистовой группе.
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
381
Рис. 8.5.2. Схема расположения оборудования стана 630 для прокатки высококачественных сталей:
1 - загрузочная решетка; 2 - нагревательная печь с шагающим подом; 5 - методические нагревательные печи с толкателями; 4 - гидравлические ножницы; 5 - реверсивная 2-валковая клеть 1000 * 2500 мм; 6 - реверсивная клеть 850 х 2200 мм; 7 - маятниковые ножницы; 8 - вертикальная клеть 630 х 1000 мм; 9 - горизонтальная чистовая клеть 630 х 1000 мм (последняя); 10 - летучие ножницы; 11 - накопительный шлеппер, 12 - роторная пила; 13 - устройство для связывания в пучки; 14 - распределительный шлеппер;
15 - линия для связывания в пучки
Чистовая группа (клети 8, 9 630 х 1000 м) состоит из четырех непрерывных клетей, установленных по схеме Г, В, Г и В. Перед чистовой группой предусмотрены маятниковые ножницы для отрезки переднего конца заготовки и, в случае неисправности, для разрезки металла в скрап. Перед первой клетью непрерывной группы установлен кантователь, обеспечивающий кантовку на 45 и 90°.
Летучие ножницы за последней чистовой клетью предназначены для разрезки круглого проката диаметром 58 - 110 мм и заготовок со стороной 100 х 100 мм на кратные длины 3,5 -6 м.
Прокат круглого сечения диаметром 58 -110 мм передается на накопительный шлеппер и затем поступает на участок роторных пил. На этом участке три стационарные пилы, на которых прокат разрезается на отрезки кратной длины, начиная с 1,5 м.
картин прутков длиной 1,5 - 6 м через распределительный шлеппер поступают к устройству для связывания в пучки. До связывания прутков на их торцах ставятся клейма.
Связанные и взвешенные пучки подают клещевым краном в ямы для замедленного охлаждения или складывают в штабели для охлаждения на открытом воздухе.
После охлаждения, контроля и устранения дефектов готовый прокат связывают проволокой в пучки на отдельностоящих линиях.
Составной частью прокатного цеха является также линия для чеканки отгрузочных бирок.
На стане предусмотрено автоматизированное управление транспортированием металла, участками реверсивных и чистовых непрерывных клетей, летучими ножницами, участком роторных пил, включая программу оп
тимального деления материала, автоматическая загрузка материала в устройства связывания, регулирование скорости прокатки.
Отдельные подсистемы управления могут работать в режиме автоматического, полуавтоматического или ручного управления. Однако ручное управление тоже осуществляется через соответствующую вычислительную машину.
Управление станом обеспечивается восемью вычислительными микроЭВМ и шестью программируемыми автоматами. К этой системе подключают одиннадцать терминальных станций с визуальным выводом данных, каждая из которых оснащена вычислительной машиной, клавиатурой, одним - двумя печатающими устройствами. С помощью двадцати четырех блоков сопряжения с периферийными устройствами система соединена с датчиками и активными членами системы управления.
Система автоматического управления позволяет оптимизировать управление прокатным станом для достижения его максимальной пропускной способности и высокого качества готовой продукции.
Оборудование стана изготовлено по кооперации в Чехии, России и Германии.
Крупносортно-заготовочный стан 700 Оскольского электрометаллургического комбината (Россия) предназначен для изготовления трубной заготовки диаметром 100 - 180, круглой стали диаметром 80 - 120 и квадратной заготовки со стороной 70 - 110 мм; длина заготовок 3 - 9 м (возможно увеличение длины до 12 - 15 м); производятся также заготовки для переката на мелкосортно-среднесортном стане 350 сечением 170 х 170 мм и длиной 1Гм из подшипниковых, рессорно-пружинных, низколегированных и легированных конструкционных сталей (рис. 8.5.3).
382
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
36 27 161933 19 33	3^3! 34 19 31 33	303134
Рас. 8.5.3. План расположения оборудования стана 700 для прокатки подшипниковых и легированных конструкционных сталей:
1 - устройство для загрузки и выгрузки; 2 - передаточное устройство; 3 и 4 - печи соответственно нагревательные и гомогенизации; 5 - транспортные рольганги; 6 - холодильник; 7 - тдрос/бив окалины; 8 - раскатной рольганг; 9 - линия дуо-реверсивной клети 950; 10 - машина огневой зачистки;
11 - ножницы 800 т; 12 - линия непрерывной группы клетей 800 - 700; 13 - маятниковые ножницы 400 т;
14 - линия непрерывной группы клетей 700; 15 - передаточный шлеппер; 16 - четырехкривошипные летучие ножницы 380 т; 17 - стационарная пила горячей резки для обрезки концов; 18 - передвижная пила горячей резки; 19 - стационарная пила горячей резки; 20 - передаточный шлеппер за пилами; 21 - передаточный шлеппер перед печами отжига (холодильник); 22 - печи отжига; 23 - холодильник; 24 - передаточный шлеппер с рольганг-весами; 25 - рольганг-тележка; 26 - передаточный шлеппер; 27 - дробеметная машина; 28 - правильная машина; 29 - абразивно-шлифовальный станок; 30 - пила холодной резки; 31 - пакетировщик с вязальной машиной; 32 - бесцентрово-токарный станок; 33 - контроль поверхностных и внутренних дефектов;
34 - отводящий шлеппер; 35 - агрегат холодной резки; 36- передаточная тележка; Ф - склад литой заготовки; ® - печи нагрева и гомогенизации; ® - линия дуо-реверсивной клети; Ф - линия клетей непрерывной прокатки; ® - линия резки; ® - печи отжига; Ф - промежуточный высотный склад; ® - агрегат зачистки; ® - агрегат обдирки; ® - склад готовой продукции
Годовая производительность стана по исходной литой заготовке до 2400 тыс. т
Преимущества стана:
увеличение массы исходной литой заготовки до 10 т против используемых обычно слитков из подшипниковых сталей массой 3,5 т, что обеспечивает увеличение выхода годного металла примерно на 20 % в результате снижения потерь на обрезь и угар;
гомогенизация исходной заготовки и термообработка готовой продукции, осуществляемые в едином технологическом потоке без промежуточного складирования металла, что позволяет увеличить выход годного металла благодаря сокращению потерь в окалину и значительно уменьшить расход топлива в результате использования теплоты прокатного нагрева; предусмотрена прокатка части продукции по режиму термомеханической обработки, что повышает механические свойства готовой продукции;
наличие автоматизированного высотного склада для промежуточного поплавочного хранения продукции, являющегося буфером между собственно прокатным станом и его отделением отделки; это позволяет значительно сократить цикл производства, исключить перепутывание плавок, уменьшить численность обслуживающего персонала;
наличие в технологическом потоке производства поточных линий для автоматизированного контроля внутренних и поверхностных дефектов и последующего их удаления.
В качестве исходной заготовки используют литую заготовку сечением 300 х 360 мм, длиной 6 - 12 м и массой 5 - 10 т, поступающую из отделения непрерывной разливки стали по рольгангам на склад, где литые заготовки поплавочно складируют на специальных стеллажах.
Электромостовыми кранами заготовки подают на разгрузочно-загрузочные устройства и поштучно передают к подводящему рольгангу нагревательных печей. Перед подачей в печь заготовки взвешивают.
В нагревательных печах с шагающими балками заготовки нагревают до 1200 - 1250 °C и поштучно подают на приемный рольганг стана. Загрузку заготовки с рольганга в печь и выдачу из печи на отводящий рольганг осуществляют сгалкивателем и машиной безударной выдачи.
Заготовки из подшипниковых сталей нагревают до 1250 °C и передаточным шлеп-пером направляют к печи гомогенизации, где металл выдерживается в течение 8 ч при температуре 1200 - 1250 °C.
КРУПНОСОРТНЫЕ СТАНЫ
383
Нагретая или гомогенизированная заготовка поступает к установке гидросбива окалины, в которой окалина сбивается с четырех сторон заготовки водой под давлением 20 МПа. Далее заготовка поступает к черновой реверсивной 2-валковой клети 950, в которой за пять - семь пропусков прокатывается в раскаты сечением 230 х 230 или 190 х 190 мм, соответственно, для готовой продукции диаметром 100 - 180 и 80 - 100 мм.
Максимальный диаметр бочки валков 1000 и длина 2200 мм. Мощность привода 2 х 3500 кВт.
Заготовка из подшипниковых сталей, прошедшая гомогенизацию, может подслуживаться на холодильнике перед подачей в черновую реверсивную 2-валковую клеть до температуры 1050 °C.
Раскаты передаются к машине огневой зачистки для зачистки с четырех сторон. Если огневая зачистка не требуется, машину выводят из линии прокатки и заменяют выдвижным рольгангом. Обрезку концов раската или его аварийную разрезку проводят на ножницах горячей резки.
В составе стана две группы непрерывных клетей (табл. 8.5.5) по четыре клети в каждой: две горизонтальных и две вертикальных. Диаметр валков первых двух клетей 800, остальных шести - 700 мм. Мощность двигателя горизонтальных клетей 1,35 МВт, вертикальных - 2 х 675 кВт. Максимальная скорость прокатки в последней клети - 2,5 м/с.
Прокатку в непрерывных группах клетей проводят за четыре - восемь пропусков, в зави
симости от выпускаемого профиля. Между группами непрерывных клетей, в случае необходимости, металл подслуживается на воздухе для повышения механических свойств готовой продукции.
Перед прокаткой во второй непрерывной группе клетей, при необходимости, обрезают передние концы раската или выполняют аварийную резку заготовок на маятниковых ножницах. Деление полосы при выходе из этой группы осуществляется 4-кривошипными ножницами на две части с учетом безостановочного раскроя на пилах горячей резки.
Разрезку раскатов на длины 9 - 15 м (и отбор проб) проводят пилами горячей резки. Разрезанные заготовки клеймят и передают к печам отжига или непосредственно к холодильникам в зависимости от марок стали.
Перед печами отжига заготовки могут подстуживатьоя до 600, а в печах - нагреваться до 680 - 850 °C и выдерживаться в течение 0,5 - 4 ч в зависимости от марок стали.
Заготовки охлаждаются на холодильнике до температуры примерно 80 °C и далее передаются на промежуточный высотный склад пакетами массой до Юте помощью отводящего рольганга, шлеппера и рольганга-тележки.
Высота склада 17 м. По этой высоте в виде консольных балок расположены 20 полок. Склад обслуживается тремя кранами-штабелерами со скоростью перемещения 180 м/мин, скорость подъема 18,5 м/мин. На складе размещается около 16 тыс. т сортового проката.
8.5.5. Технические характеристики рабочих клетей стана 700
Параметр	Клеть*								
	реверсивная	В1	Г2	ВЗ	Г4	В5	Гб	В7	Г8
Диаметр валка, мм: номинальный максимальный минимальный	950 1000 850	800 820 730	800 820 730	700 720 650	700 720 650	700 720 650	700 720 650	700 720 650	700 720 650
Длина бочки, мм	2200	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200	1200
Максимальное давление металла навалки, МН	10	5,5	5,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5	4,5
Частота вращения валков, мин'1	60-150	16-29	19-33	25-42	30-51	27-47	32-55	35-62	41- 74
Скорость прокатки, м/с	0 - 6	0,6-1,1	0,7-1,4	0,8-1,5	0,9-1,7	0,9-1,7	1,1-2,0	1,2-2,3	1,3-2,5
* В - вертикальная клеть; Г - горизонтальная; 1 - 8 - номер непрерывной клети.
384
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Заготовка сечением 170 х 170 мм с холодильника, минуя высотный склад, может передаваться транзитом к мелкосортносреднесортному стану 350.
С высотного склада сортовой прокат и трубная заготовка поступает в отделение отделки на поточные агрегаты абразивной зачистки или обдирки.
На агрегате зачистки сортовой прокат круглого и квадратного сечений подвергается дробеметной очистке от окалины, правке, снятию фаски, контролю и маркировке поверхностных и внутренних дефектов, разрезке на мерные длины и вырезке дефектов, клеймению, взвешиванию, упаковке, обвязке и передаче на склад готовой продукции.
На агрегате обдирки трубная заготовка подвергается правке, снятию фаски, сплошной обдирке, контролю внутренних и наружных дефектов с одновременной их маркировкой, разрезке на мерные длины и вырезке дефектов, клеймению, взвешиванию, упаковке, обвязке и передаче на склад.
На складе готовой продукции пачки укладывают злекхромостовыми кранами с поворотной тележкой с жесткими подвесками, оборудованными механизированными кольцевыми захватами, в штабели крест накрест или непосредственно в железнодорожные вагоны.
Оборудование стана 700 изготовлено фирмой ”Шлеманн-Зимаг" (Германия).
Техническая характеристика стана 700
Коэффициент расхода металла, т/т годного........................... 1,12
Масса, т: механического оборудования...... 20 600
электрооборудования............ 3350
подъемно-транспортного оборудования ......................... 2500
Мощность электродвигателей главных приводов, МВт..................... 17,8
8.5.2.	РЕЛЬСОБАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. Рельсобалочные станы (РБС) - это станы, основной продукцией которых являются железнодорожные рельсы и двутавровые балки. До недавнего времени тяжелые рельсы и балки с уклоном полок прокатывались в 2- или 3-валковых клетях в закрытых калибрах. Поэтому старые рельсобалочные станы состояли из обжимной * реверсивной 2-валковой клети и линейной 2- или 3-кле-тевой 3-валковой группы с чистовой 2-валковой клетью, которая могла заменяться на универсальную при прокатке балок.
Универсальные клети. В связи с развитием производства широкополочных и тонкостенных балок с прокаткой в универсальных клетях, а также для удовлетворения требований к прокату, предъявляемых заказчиками, в
60-х гг. XX в. фирмой "Сасилор” (Франция) была разработана новая технология прокатки рельсов - в универсальных клетях.
На рис. 8.5.4 даны схемы прокатки рельсов по старой и новой технологиям, а на рис. 8.5.5 - последовательность образования профиля при использовании этих технологий.
Рис. 8.5.4. Схемы прокатки рельсов по старой (а) и новой (б) технологиям: а - прокатка в 2-валковых клетях;
б - черновая прокатка в реверсивной 2-валковой клети (проходы 1 - Э» чистовая - в универсальных и вспомогательных клетях (проходы 8-11)
РЕЛЬСОБАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
385
Рис. 8.5.5. Последовательность образования профиля: а - по старой технологии; б - по новой технологии;
1 - заготовка; 2 - черновой профиль;
3 - чистовой профиль
Преимущества новой технологии прокатки рельсов:
равномерная и одновременная деформация всех элементов профиля;
снижение трения в. очаге деформации, что уменьшает шероховатость поверхностей и облегчает обнаружение поверхностных дефектов;
уменьшение внутренних напряжений, возникающих в рельсе при симметричной деформации в четырех - пяти универсальных проходах, и более компактная форма раската, сокращающая тепловые потери до минимума;
повышение износостойкости валков, и следовательно, - снижение расхода и стоимости валков благодаря снижению трения при прокатке и упрощенной форме калибров; по данным фирмы ’’Сасилор” стойкость чистового калибра составляет 2000 - 4500 т проката в зависимости от типа профиля, а расход валков в среднем равен 1,4 кг/т, при этом доля традиционных валков черновых клетей составляет 0,7 кг/т (при прокатке по старой технологии расход валков составляет 3 кг/т);
снижение расхода энергии на деформацию, и следовательно, - мощности привода,
валков в результате уменьшения трения между рельсом и валками.
Прокатка рельсов на РБС №№ 1 и 2. На рис. 8.5.6 приведена схема расположения оборудования РБС № 1, основные параметры этого стана даны в табл. 8.5.6.
На стане последовательно расположены две реверсивные обжимные 2-валковые клети, группа - универсальная и вспомогательная клеть, группа - вспомогательная клеть для рельсов, универсальная и вспомогательная клеть для балок, чистовая универсальная клеть. Каждая универсальная клеть может быть заменена 2-валковой клетью.
На рис. 8.5.7 дана схема расположения оборудования РБС № 2 в соответствии с перспективным проектом фирмы "Шлеманн -Зимаг” (Германия), разработанным с учетом опыта эксплуатации ряда РБС нового поколения. Основные параметры стана см. табл. 8.5.6.
Исходя из опыта производства рельсов из непрерывнолитых заготовок, для обеспечения требуемого качества рельсов необходимо обеспечить не менее чем десятикратную деформацию, поэтому сечение заготовки должно иметь размеры 320 х 250 мм.
Предусматривается получение раската длиной 105 м, чтобы получить два рельса по 50 м. При этом необходима заготовка длиной 10,5 м и массой 6,4 т.
После удаления окалины водой высокого давления предусматривается прокатка в первой обжимной реверсивной 2-валковой клети за три - пять пропусков и во второй - за три профилирующих пропуска (см. рис. 8.4.5). Далее выполняют непрерывную прокатку в черновой группе клетей, а затем - в чистовой. Между группами клетей предусматривают в дальнейшем монтаж охлаждающей установки для термомеханической обработки.
За чистовой клетью установлена машина для клеймения рельсов.
Для непрерывной прокатки рекомендуют универсальные клети типа SC, которые при другой сборке могут работать и как 2-валковые клети (см. гл. 8.6).
В стане предусмотрена система регулирования минимального натяжения.
На существующих станах после прокатки выполнялась разрезка рельса пилами горячей резки. При этом мерная длина должна быть равна товарной длине плюс припуск, необходимый для получения на пилах холодной резки рельса требуемой длины.
На современных установках охлаждение рельсов полной длины осуществляют на холодильниках с шагающими балками, которые транспортируют рельсы отдельными шагами. Горизонтальный ход холодильника регулируют в зависимости от размеров охлаждаемого профиля. В связи с искривлением несимметрич-
13 Зак 108
Рис. 8.5.6. Схема расположения оборудования РБС № 1:
1 - черновые клети 7 и 2, 2т 3- универсальные черновые группы соответственно № 1 и 2; 4 - универсальная чистовая клеть; 5 - загрузочные устройства; 6 - Печи с шагающими балками; 7 - установка сбива окалины;
8	- клеймитель рельсов;
9	- пилы горячей резки с регулируемыми упорами;
10	- холодильники с шагающими балками;
77 - горизонтальная и вертикальная правильные машины;
72 - правильные прессы; 13 - инспекционные столы;
14 - пилы холодной резки;
75 - штабелировщик балок в горизонтальном положении;
16 - штабелировщик балок в вертикальном положении;
77 - машина для обвязки пакетов;
18 - карманы; 19 - правильный пресс для тяжелых профилей;
20 - правильные прессы для рельсов;
27 - ультразвуковые дефектоскопы;
22 - пилы и сверлильные станки для рельсов;
23 - инспекционные стеллажи для рельсов, 24 - пакетирующее устройство для рельсов; 25 - карманы для рельсов; 26 - передающее устройство для рельсов
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
РЕЛЬСОБАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
387
8.5.6. Основные параметры рельсобалочных станов
Параметр	РБС № 1	РБС №2
	Место установки	
	Фирма "Асоминас” (Бразилия)	-
	Год пуска	
	1977	Проект
Годовая производительность, тыс. т	700 / 1000 (рельсы 50 %)	2500
Мощность главных приводов, МВт	30,7	-
Заготовка: размеры сечения, мм масса, т	Блюм (275 х 205) - (720 х 600) 2,58 - 13,75	Непрерывно-литая 320 х 250 6,4
Сортамент выпускаемой продукции	Железнодорожные и крановые рельсы: масса 37 - 73 кг/м, длина 50 м Двутавры различных типов: высота 150 - 600, ширина полки 100 - 300 мм Швеллеры: высота 200 - 400 Уголки специальные: (200 х 90) - (500 х 120) мм Шпунты: ширина 350 - 500 мм	Железнодорожные и крановые рельсы: масса 60 - 75 кг/м, длина 50 м Эквивалентные двутавры и другие профили
Нагревательная печь: производительность, т/ч число печей, шт.	С шагающим подом 160	|	200 2	
Обжимные 2-валковые клети: диаметр валков, мм длина бочки, мм число клетей мощность главного привода, МВт	1270 - 1070 2500 2 7,0 - 5,8	2
Черновая группа: 1) универсальная (2-валковая) клеть диаметр валков, мм: горизонтальных вертикальных мощность главного привода, МВт число клетей 2) вспомогательная клеть: диаметр валков, мм: мощность главного привода, МВт число клетей	1270/1190* (950 х 2300) 915 5,8 1 1000 1,5 1	Непрерывная прокатка 3 2
13*
388
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.5.6
Параметр	РБС № 1	РБС №2
Промежуточная группа:		Отсутствует
1) универсальная (2-валковая) клеть диаметр валков, мм: горизонтальных	1270/1190*	
вертикальных	(950 х 2300) 915	
мощность главного привода, МВт	5,8	
число клетей	1	
2) вспомогательная клеть: диаметр валков, мм:	550 (клеть № 1) и	
мощность главного привода, МВт	1000 (клеть № 2) 0,3 и 1,5	
число клетей	2	
Чистовая группа:		Непрерывная прокатка
1) универсальная (2-валковая) клеть диаметр валков, мм: горизонтальных	1270/1190*	
вертикальных	(950 х 1800) 915	-
мощность главного привода, МВт	3,0	-
число клетей	1	2
2) вспомогательная клеть:	Отсутствует	1
♦ Диаметр валка после переточки.
Примечание. Фирма-изготовитель проектов и оборудования станов №№ 1 и 2 -"Шлеманн - Зимаг” (Германия).
Рис. 8.5.7. Схема расположения оборудования РБС № 2:
1 - холодильник; 2 - пила для отрезки проб; 3 - правильные машины (горизонтальная и вертикальная);
4 - пилы холодной резки; 5 - многорычажный упор; 6 - первый контроль;
7 - установка для ультразвукового контроля и прибор для контроля плоскостности;
8 - пилы чистовой резки и сверлильные головки; 9 - правильный пресс;
10 - стенды для контроля рельсов
РЕЛЬСОБАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
389
ного профиля рельсов во время охлаждения для рельсов длиной более 24 м предусматривают устройства для их предварительной гибки. В зависимости от длины рельса эти устройства изгибают рельс для того, чтобы после охлаждения до температуры ниже 80 °C рельс получался по возможности прямолинейным.
Правка рельсов. Как правило, для правки тяжелых рельсов применяют две правильные машины - одну с горизонтальными роликами, а другую с вертикальными роликами, обеспечивающими хороший эффект правки рельса в обеих плоскостях. Правильные машины устанавливают друг за другом. Перед ними стоит манипулятор, который поворачивает рельс в требуемое положение для прохождения рельса через первую правильную машину с горизонтальными роликами. На существующих холодильниках возможно охлаждение рельсов длиной 60 м. Поэтому следует ожидать, что по этой же технологии можно будет охлаждать и рельсы длиной 105 м, что предусмотрено в стане.
Правка рельсов длиной 105 м дает следующие преимущества:
сокращается доля вспомогательного времени на правильной машине;
длина неправленных концов, неизбежных при правке в роликовых правильных машинах, сокращается в 2 раза; неправленные концы необходимо править вручную в правильных прессах, контролируемых и управляемых оператором; этот процесс требует больших затрат времени и большого числа обслуживающего персонала, поэтому его следует по возможности сократить.
Контроль качества. На заводе-изготовителе рельсы подвергают предварительному контролю, а окончательную приемку осуществляют инспекторы соответствующих железнодорожных организаций. Чтобы предъявить рельсы к приемке, необходимо располагать достаточными площадями и координировать время между изготовлением рельсов и их приемкой. По этой причине некоторые изготовители рельсов пытаются заменить приемку инспектором железнодорожной организации заводскими аттестатами на процесс изготовления и заводскими сертификатами качества каждого отдельного рельса. Предусматривают инспекционный контроль каждого рельса при непрерывном прохождении. Результаты контроля каждого рельса Объединяют с его параметрами, полученными в процессе изготовления, а распечатку используют в качестве заводского сертификата.
После предварительной разрезки раската на пилах холодной резки проводят поперечное транспортирование рельсов и первый их визуальный контроль на грубые дефекты поверхности и кривизну. Уже на этой стадии процес
са можно отсортировать рельсы с грубыми дефектами. После этого рельсы проходят контроль в вышеуказанном измерительном центре, в котором применяют следующее оборудование:
установку ультразвукового контроля; с помощью этой установки контролируются головка и шейка рельса на внутренние дефекты и проводят оценку обнаруженных дефектов по заданным критериям; установки подобного типа работают по автоматическому режиму со скоростью испытания до 1,5 м/с;
устройство для контроля плоскостности; при непрерывном прохождении рельса это устройство контролирует выдержку допусков по плоскостности ходовой поверхности рельса, заданных железнодорожными организациями;
бесконтактный прибор для измерения высоты рельса.
После прохождения измерительного центра, рельсы направляют к линиям дальнейшей обработки. Дефектные рельсы выделяют и направляют на склад для резки на годные участки.
Поперечные шлепперы транспортируют рельсы в пролет отгрузки. Точное планирование дает возможность отгрузки рельсов без складирования. Если предусмотрен дополнительный визуальный контроль, необходимо установить специальные стенды для контроля рельсов. В таком случае во время поперечного транспортирования каждый рельс 3 раза поворачивается, чтобы инспекторы могли контролировать рельс со всех четырех сторон.
Пилы холодной резки используют для получения рельсов мерной длины. Пильные диски оснащены твердосплавными зубьями. В пиле имеется сверлильная головка для сверления отверстий в конце рельса, необходимых при соединении рельсов накладками. Сверление и разрезка происходят одновременно.
Чтобы обеспечить точную длину рельса, предусматривают прецизионные упоры. Тележку с упором, перемещающуюся рядом с рольгангом, предварительно устанавливают и зажимают. Точную установку упора осуществляют на тележке с помощью ходовых винтов. Измерительный прибор определяет действительную температуру рельса перед резкой. Эта температура сравнивается с базисной температурой, после чего корректируется точная настройка упора.
Подготовка стали. Перед непрерывной разливкой сталь подвергается вакуумной обработке, улучшающей степень чистоты металла и уменьшающей содержание в нем кислорода.
Повышение износостойкости. Рельсы подвергаются в термоотделениях цехов объемной закалке в масле или закалке головок после нагрева спреерным охлаждением.
390
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
8.S.3. УНИВЕРСАЛЬНЫЕ БАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. Универсальные балочные станы (УБС) - это станы для производства изделий следующего сортамента - широкополочных балок различных видов, тонкостенных балок, колонных профилей, двутавровых шпунтов. Кроме того, в сортамент УБС могут быть включены также другие профили - швеллеры и угловой прокат.
Производительность станов зависит от числа и расположения линий универсальных и вспомогательных клетей. УБС с последовательным расположением рабочих клетей относятся к наиболее совершенным станам.
УБС № 1. На рис. 8.5.8 показана схема расположения оборудования УБС № 1, разработанного ПО "Уралмаш". Основные параметры приведены в табл. 8.5.7.
Рис. 8.5.8. План расположения оборудования УБС № 1 (размеры в метрах):
1 - нагревательные колодцы; 2 - перевалочное устройство; 3 - блюминг; 4 - машина для зачистки горячего металла; 5 - ножницы; б - клеймовочная машина;
7- разгрузочные стеллажи; 8 - агрегаты зачистки блюмов; 9 - загрузочные устройства;
10 - устройство для уборки недоката; 11 - печи с шагающим подом;
12 - обжимная реверсивная 2-валковая клеть; 13 - черновая универсальная и вспомогательная клети;
14 - промежуточные универсальная и вспомогательная клети;
15 - чистовая универсальная клеть; 16 - пилы горячей резки; 17- клеймовочная машина;
18 - холодильник с шагающими балками;
19- горизонтальная роликоправильная машина;
20 - вертикальная роликоправильная машина; 21 - участок инспекторского осмотра двутавров;
22 - сортировочные стеллажи; 23 - правильный гидравлический пресс;
24 - пила холодной резки
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ БАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
391
8.5.7. Основные параметры универсальных балочных станов
Параметр	УБС № 1	УБС №2
	Место установки	
	Нижне-Тагильский металлургический комбинат (Россия)	Касима (Япония)
	Год пуска	
	1977 (вторая очередь - 1982)	1975
Годовая производительность, тыс. т	1500	880
Масса технологического оборудования, т	31 500	-
Мощность	главных приводов, МВт	36,8	19,2
Заготовки	Блюмы двутаврового сечения: высота 450 - 1225 и ширина полок 185 - 450 мм, длина 3,6 -11,4 м Слябы: ширина до 1600 и толщина до 200 мм	Квадратные: размеры сечения 180 х 180 мм Прямоугольные: длина 3,5 -10,5 м, масса 1,5 - 26 т
Сортамент	Широкополочные и колонные двутавры: высота 200 - 1000 и ширина до 420 мм, длина 6 - 30 м	Широкополочные и другие двутавры: высота 100 - 600 и ширина до 300 мм (в проекте 1200 х 450 мм), длина 5 - 30 м
Нагревательная печь: производительность, т/ч размеры пода, м число печей	С шагающ] 170 12 х 35,6 3	им подом 220 11,2 х 35 1 (в проекте 2)
Установка гидросбива окалины: давление	воды, МПа	15	18
Обжимная 2-валковая клеть: диаметр валков, мм длина бочки валка, мм подшипники мощность главного привода, МВт частота вращения, МИН'1 число проходов	1300 2800 Каче 2 х 5,25 50 - 100 5 - 15	1150 3000 НИЯ ’ 7,0 50 - 100 5 - 13
Черновая ipynna: 1) Универсальная клеть: горизонтальные валки: диаметр, мм длина бочки, мм подшипники вертикальные валки: диаметр, мм длина бочки, мм	1500 - 1350 1000 - 180 Каче; 1100 - 950 450	1320 - 1230 600 - 100 НИЯ 800 410
392
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.5.7
Параметр	УБС № 1	УБС №2
подшипники	Качения	
мощность главного		
привода, МВт	8,5	7,0
частота вращения,		
МИН’1	63 - 120	65 - 150
2) Вспомогательная		
клеть:		
диаметр валков, мм	1250	1150 (возможна замена на 1480)
длина бочки, мм	1310 - 180	2500
подшипники	Качения	
мощность главного		
привода, МВт	3,4	1,1 х 2
частота вращения,		
МИН’1	100 - 200	150 - 330
Промежуточная группа:		
1) Универсальная клеть:		Отсутствует
горизонтальные		
валки:		
диаметр, мм	1500 - 1350	
длина бочки, мм	1000 - 180	
подшипники	Качения	
вертикальные валки:		
диаметр, мм	1100 - 950	
длина бочки, мм	450	
подшипники	Качения	
мощность главного		
привода, МВт	6,3	
частота вращения,		
МИН’1	80 - 150	
2) Вспомогательная		
клеть:		
диаметр валков,		
мм	1250	
длина бочки, мм	1310 - 180	
подшипники	Качения	
мощность главного		
привода, МВт	3,4	
частота вращения,		
МИН’1	130 - 250	
Чистовая универсальная	•	
клеть:		
горизонтальные		
валки:		
диаметр, мм	1500 - 1350	1320 - 1230
длина бочки, мм	1000 - 280	600 - 100
подшипники	Качения	
вертикальные валки:		
диаметр, мм	1100 - 950	800
длина бочки, мм	450	410
подшипники	Качения	
мощность главного		
привода, МВт	4,5	3,0
частота вращения,		
МИН’1	100 - 200	65 - 150
УНИВЕРСАЛЬНЫЕ БАЛОЧНЫЕ СТАНЫ
393
Продолжение табл. 8.5.7
Параметр	УБС № 1	УБС № 2
Участок пил горячей		
резки:		
число пил	7	2
диаметр диска, мм	2200	
скорость подачи,		
мм/с	500	210
мощность электро-		
двигателя, кВт	335	375
Участок охлаждения:		
число холодильни-		
ков	3	2
площадь холодиль-		
ников, м2	4032 - (32 х 42 х 3)	2820 - (30 х 47 х 2)
способ перемеще-		
ния	Шагающие балки	
Участок правки:		
1) горизонтальная пра-		
вильная машина:		
диаметр бандажей,		
мм	1500 - 1150	1150
шаг роликов, мм	1600, 3200	1200, 2200
число роликов	8	9
скорость правки,		
м/с	1 - 2,5	2,5
число машин	2	1
2) вертикальная пра-		Отсутствует
вильная машина:		
диаметр бандажей,		
мм	1200	
шаг роликов, мм	2000, 4000	
число роликов	8	
число машин	2	
3) пресс:		
число прессов	2	
сила прессования,		10 и 2,5
МН	5,5	।	
Примечание: Фирма-изгбтовитель проекта и оборудования УБС № 1 - ПО "Уралмаш", УБС № 2 - "Хитачи" (Япония).
Стан состоит из шести рабочих клетей, скомпонованных в четыре расположенных последовательно линии (группы). Прокатку проводят с повторным после блуминга нагревом заготовок в трех нагревательных печах с шагающим подом.
Первая линия содержит обжимную 2-валковую клеть с валками диаметром 1300 и длиной бочки 2800 мм; привод валков осуществляется от двух электродвигателей мощностью по 5250 кВт. Вторая и третья линии (соответственно черновая и промежуточная) состоят из 4-валковой универсальной и 2-валковой вспомогательной клетей.
Четвертая линия содержит одну чистовую универсальную клеть.
Все три универсальные клети имеют горизонтальные валки диаметром 1350 - 1500 и длиной бочки 180 - 1000 мм, вертикальные валки диаметром 950 - 1100 и длиной бочки 450 мм. Горизонтальные валки всех универсальных клетей приводятся через шестеренные клети от электродвигателей мощностью соответственно 8,5, 6,5 и 4,5 МВт, вертикальные валки неприводные. Валки вспомогательных клетей имеют диаметр 1250 и длину бочки 1310 мм и приводятся через шестеренную клеть от электродвигателя мощностью 3,4 МВт.
394
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Станины универсальных клетей имеют вертикальный разъем и снабжены предварительно напряженным соединением разъемов с помощью анкер-колец. Предусмотрены три расстояния между опорами валков, устанавливаемые в зависимости от высоты прокатываемых балок.
Перевалка универсальной и вспомогательной клетей осуществляется попарно с помощью специального крана и эстакады для их передачи в отделение сборки и настройки клетей.
Прокатку, за исключением чистовой клети, проводят в реверсивном режиме и в зависимости от профиля осуществляют следующее число пропусков: пять - одиннадцать в обжимной клети; три - семь в черновой линии и три - в промежуточной линии; один в чистовой клети. Максимальная скорость прокатки 12 м/с.
В состав стана входят также участки: пил горячей резки, холодильников, правильных машин для правки балок в двух плоскостях и балкоотд елки.
Стан оснащен системами: автоматизированного управления загрузкой и выгрузкой нагревательных печей, прокаткой в рабочих линиях стана, 'резкой с обеспечением оптимального раскроя, охлаждением на холодильнике, а также системой слежения, сбора и обработки технологической информации.
УБС № 2. На рис. 8.5.9 приведена схема расположения оборудования УБС № 2 (основные параметры стана см. в табл. 8.5.6). Стан предназначен для производства (после освоения второй очереди) балочных профилей высотой 100 - 1200 при ширине полки 50 -450 мм, а также ряда других профилей. Нахрев заготовок осуществляется в печи с шагающим подом производительностью 220 т/ч.
Участок прокатки состоит из четырех клетей: обжимной 2-валковой реверсивной, сдвоенных черновой универсальной и вспомогательной 2-валковой, а также отдельно стоящей чистовой универсальной клети.
В обжимной клети предусматривают прокатку заготовки за пять - тринадцать пропусков.
Универсальные клети (открытого типа с гидравлическим уравновешиванием валков) имеют нажимные механизмы верхнего и нижнего горизонтальных и вертикальных валков.
Перевалку осуществляют комплектом клетей с автоматическим подключением энергоносителей с помощью специальных блоков.
Для облегчения гарантированной подачи раската универсальные клети оборудованы проводковыми столами с электроприводом.
Стан оборудован комплексом приборов и автоматических систем.
На стане обеспечивается высокая точность размеров и формы готовых профилей. Отклонения находятся в пределах половины допусков японского стандарта. Например, двутавровый профиль с размерами сечения -500 х 200 х 10 (16) мм имеет отклонения, мм: 0,31 по высоте профиля; 0,416 по ширине полок; 0,16 по толщине стенки и 0,242 по толщине полки.
nepcneimiBiioc'n» УБС. Интенсивно развивается производство широкополочных балок из непрерывно-литых фасонных заготовок и слябов. Разработаны специальные системы калибров, обеспечивающие получение балок нескольких профилеразмеров из заготовки одного сечения; в ряде случаев прокатка осуществляется без дополнительного нагрева. При этом достигается значительное сокращение расхода энергии на тонну металла.
Рис. 8.5.9. Схема расположения оборудования УБС № 2*,
1 - загрузочное устройство; 2 - нагревательная печь; 3 - установка для гидросбива окалины;
4 - реверсивная обжимная 2-валковая клеть; 5 - пила горячей резки, 6 - сдвоенные черновые реверсивные клети универсальная и 2-валковая; 7- чистовая универсальная клеть; 8 - пила горячей резки № 1; 9 - пила горячей резки №2; 10 - роликовая правильная машина; 11 - правильный пресс № 1; 12 - правильный пресс № 2;
13 - пила холодной резки; 14 - штабелеукладчик
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
395
Распространение получает использование универсальных клетей при прокатке швеллеров, асимметричных двутавров и рельсов. Преимущества: высокое качество изделий благодаря более равномерной деформации всех элементов профиля; снижение расхода энергии в результате уменьшения числа пропусков и использования более эффективной схемы деформации. Применение для прокатки асимметричных профилей вертикальных валков разного диаметра, обеспечивает равенство длин очагов деформации по полкам и исключает изгиб раската.
При прокатке обычных двутавров эффективно регулирование деформации элементов балки - полок и стенок, благодаря смещению вертикальных валков относительно горизонтальных вдоль оси металла по ходу прокатки. Это позволяет в широком диапазоне увеличивать уширение полок (до 15 % за пропуск) и дает возможность выравнивать коэффициенты вытяжки элементов профиля, а также оказывать влияние на изменение формы концов раската, в результате чего появляется возможность изменять условия захвата в калибре.
Смещение валков дает также положительный эффект при прокатке асимметричных профилей.
8.5.4. СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
На среднесортных станах производят следующую типовую продукцию (размеры, мм): круглую, квадратную и шестигранную сталь диаметром или со стороной 30 - 110; угловую сталь с полками шириной 63 - 125; швеллеры высотой 50 - 220; балки высотой 100 - 220; рельсы массой 11-18 кг/м; полосы шириной 50 - 250 и толщиной 8 - 50 и др. В развитии этих станов характерным является расширение сортамента, как мелкосортного профиля, так и крупносортного, и особенно, -облегченных строительных профилей.
Обычно в среднесортных станах валки чистовых клетей имеют диаметр 350 - 630 и универсальных - до 1000 мм.
Дальнейшее развитие среднесортных станов - это переход с линейной и последовательной схем расположения рабочих линий клетей на полунепрерывную и непрерывную схемы, что позволяет применить наиболее экономичный способ прокатки - непрерывную прокатку. Для всех современных станов характерны высокая механизация и постоянно возрастающий уровень автоматизации.
Высокая точность прокатки может быть достигнута при наличии автоматического измерения размеров прокатываемой полосы и регулирования в процессе прокатки при соответствующих жесткости рабочей клети, качестве поверхности рабочих валков и проводковой арматуры.
Среднесортный стан 630. На рис. 8.5.10 приведено расположение оборудования этого стана, предназначенного, в основном, для прокатки строительных профилей - балок и швеллеров. Проект этого современного стана разработан Колпинским отделением ВНИИМетмаша при участии заводов изготовителей оборудования - Электростальтяжмаш, Уралмаш и др. Сортамент изготовляемых на стане изделий (размеры, мм): широкополочные двутавровые балки (высота 100 - 160), нормальные двутавровые балки (высота 80 - 260), двутавровые балки с параллельными полками (высота 80 - 300), двутавровые облегченные балки (высота 160 - 300), нормальные швеллеры (высота 100 - 240), швеллеры с параллельными полками (высота 80 - 250), облегченные швеллеры (высота 240 - 300), угловая равнобокая сталь [ширина полки (70 х 70) -(130 х 130)], угловая сталь [ширина полки (80 х 50) - (160 х 100)] и полосовая сталь [толщина х ширина 10 х (140 - 150)].
Исходными заготовками для стана являются литые заготовки сечением 260 х 260 и 260 х 335 мм, получаемые на машинах непрерывного литья, и катаная заготовка сечением 150 х 150 мм. Длина заготовок 6 - 10 м, масса 1 - 6,5 т, материал - углеродистые стали с временным сопротивлением разрыву до 785 и пределом текучести до 490 МПа. Возможно применение горячей загрузки заготовок с температурой до 450 °C. Для нагрева заготовок установлены две нагревательные печи с шагающими балками, производительностью 240 т/ч каждая.
По назначению и характеру выполняемых операций оборудование стана можно подразделить на участки: нагревательных печей, рабочих линий клетей, холодильников, правки проката, резки проката, осмотра, укладки и обвязки проката, доотделочной линии и подготовки клетей.
На участке нагревательных печей расположено следующее оборудование: два загрузочных устройства, расположенных в двух пролетах склада заготовок, рольганги, платформенные весы для взвешивания заготовок, толкатели, опускающиеся упоры, стационарные упоры, механизмы безударной выдачи заготовок, сталкиватель с карманами и установка для гидросбива окалины.
Привод рольганга - групповой. Число роликов в секции - пять, за исключением роликов конвейеров со стороны выдачи заготовок из печи. У этих роликов привод индивидуальный.
Участок рабочих линий клетей включает черновую, предчистовую и чистовую группы. Черновая группа клетей состоит из реверсивной клети 900 и двух непрерывно установленных клетей 800. Предчистовая не-
396
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
ЗУЛ 377^37 4^47 42 4J6M/M47MW/J73Z £Г/4	£Г 5Г 57 59 59
Рис. 8.S.10. План расположения оборудования среднесортного стана 630:
1 - загрузочное устройство; 2 - передаточная тележка; 3 - весы; 4 - сталкиватель с карманами;
5 и 14- рольганги участка печей и рабочие и раскатные за клетью; 6 - толкатель;
7 - нагревательная печь; 8 - устройство безударной выдачи заготовок;
9 - установка гидросбива окалины; 10, 20, 45 и 55- гидроподвалы;
11	- рабочие и раскатные рольганги перед клетью;
12	- рабочая линия реверсивной клети; 13 - устройство для перевалки; 15 и 21 - маслоподвалы;
16	и ^3 - кантователи; 17 - рабочая линия клети 800; 18 - устройство для перевалки клети 800;
19, 28 и 32- летучие ножницы; 22 - пила горячей резки; 24 - рабочая линия клети 630;
25 - вертикальная клеть; 26 - устройство для перевалки клетей предчистовой непрерывной группы;
27и 31 - комбинированные клети; 29 - универсальная клеть;
30 - устройство для перевалки клетей чистовой непрерывной группы;
33 - пила для отбора проб; 34 и 59 - передающие устройства; 35 - загрузочный шлеппер;
36 - кантователь; 37- подъемный стеллаж; 38 и 58 - передвижные правильные машины;
39 - пила холодной резки; 40 и 46 - передвижные упоры; 41 и 49- пакетирующие столы;
42 и 48 - пакетирующие столы с рольгангами; 43 и 56 - устройства для уборки обрези от ножниц;
44 и 57- ножницы холодной резки; 47 - цепной конвейер; 50- обвязочная машина;
51 и 53 - цепные шлепперы; 52 - холодильник; 54 - ълосгик осмотра
прерывная группа содержит семь клетей - пять. клетей 630 горизонтального типа, одну верти-* кальную 450 и одну комбинированную 450.
Чистовая непрерывная группа состоит из шести клетей - четырех 630 и двух комбинированных 450.
Клеть 900 стационарная, клети 800 передвижные. Клети передвигаются гидроцилиндрами, фиксируются в необходимом положений гидрозажимами. Рабочие валки клети 900 и клетей 800 смонтированы на подшипниках качения. Уравновешивание валков всех клетей -гидравлическое. Валки шестеренных клетей установлены на подшипниках качения.
Участок рабочих линий клетей непрерывных групп включает в, 'себя также рольганг между клетями, летучие ножницы, роторную пилу с механизмом прижима заготовок и устройством уборки обрези, шайбовый кантователь перед четвертой клетью, установку проводковых столов, устройства для перевалки валков,'летучие ножницы с устройством уборки обрези и скрапа при аварийной разрезке раската, летучие ножницы с устройством уборки обрези, пилу горячей резки, рольганг за чистовой клетью и устройство отбора проб.
Расстояние между группами клетей значительно меньше длины раската, выходящего из последней клети предчистовой труппы, что
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
397
исключает большое снижение температуры металла при прокатке.
Все клети передвигаются гидроцилиндрами, фиксируются гидрозажимами. Вертикальная клеть выполнена с верхним расположением привода. Вращение валков осуществляется от вертикальных электродвигателей через цилиндрический редуктор.
При прокатке балок семь горизонтальных клетей 630 заменяют на универсальные клети 1250/850*. Перевалку валков проводят заменой клетей. При перевалках клети специальными механизмами перемещают по рельсовым направляющим в пролет подготовки клетей и устанавливают на двухпозиционные поперечные тележки. Все тележки каждой группы объединены. После перемещения тележек новая клеть тем же механизмом подается в линию стана.
На участке холодильников расположены друг за другом два реечных холодильника. В каждый из холодильников входит подводящий рольганг с приемными клапанами, реечная система подвижных и неподвижных реек, устройства выдачи проката и отводящий рольганг. Длина каждого холодильника 120, ширина 13,8 м.
Правку проката осуществляют на двух участках, расположенных по обе стороны холодильников. На каждом из участков имеются две работающие поочередно передвижные правильные машины с консольным расположением рабочих роликов. Неработающая машина выдвигается - из зоны рольганга, а ее место занимает секция рольганга, установленная на одной раме с машиной.
Участки передающих устройств расположены по обе стороны участка холодильников. Каждый участок включает подводящий рольганг, устройство набора пакета, систему подвижных реек, устройство выдачи и отводящий рольганг.
Разрезка проката осуществляется на двух участках, которые расположены за участками передающих устройств и оборудованы ножницами холодной резки с устройством уборки обрези, транспортирующими рольгангами, передвижным упором и сталки-вателем с карманами; Обрезки передних и задних концов собираются пр системе желобов в скиповой тележке. После заполнения тележка приводом перемещается по наклонному рельсовому пути, и обрезки пересыпаются в короб. Во время перемещения тележки желоба перекрываются клапанами. Передвижной упор у ножниц обеспечивает установку раската для его разрезки на штанги длиной 6 - 24 м. Обрезки длиной 2,8 - 6 м сбрасываются сталкива-телем в карман.
* Диаметр вертикального валка, мм
Прокат контролируют на участке осмотра, который оборудован рольгангами (перед стеллажами и за ними), двумя цепными шлепперами, двумя кантователями, мостиками осмотра и рольгангом за стеллажами осмотра. Привод шлеппера электрический, работает в шаговом режиме, привод кантователя гидравлический. Осмотр проката осуществляется визуально с мостиков осмотра, расположенных над прокатом до кантовки и после нее.
Готовый прокат укладывается в пакеты на двух участках, каждый из которых включает подводящий рольганг, транспортирующий конвейер, стеллаж-отсекатель, упор-дозатор, отводящий рольганг, два пакетирующих стола с рольгангом, два пакетирующих стола и две обвязочные машины. Прокат длиной 6 - 12 м укладывался на один стол. При длине проката 13 - 24 м оба стола загружают одновременно.
Прокат по шлепперам и конвейрам передается на цепях без скольжения о неподвижные балки, благодаря чему исключается низкочастотный шум при его транспортировании. Для съема и перекладки проката с рольганга на рольганг передающие устройства снабжены подъемными дорожками. Пакетирующие столы после набора пакета перемещаются для взвешивания и обвязки.
Участок доотделочной линии включает загрузочный шлеппер, рольганг перед правильной машиной, кантователь проката, подъемный стеллаж, передвижную правильную машину с консольным расположением роликов, пилу холодной резки с устройством уборки обрези, прижим-сталки-ватель, зажим, рольганг за правильной машиной и два сталкивателя. На доотделочной линии прокат осматривают, правят, вырезают обнаруженные дефекты, а также режут его на отрезки 4 - 6 м. Пила холодной резки салазкового типа снабжена диском диаметром 1800 мм. Правильная машина аналогична машинам, установленным в потоке, стана. Рольганг за правильной машиной связан с подво-г дящим рольгангом левого участка укладки и обвязки. Это обеспечивает подачу проката длиной 6 - 12 м для укладки его в пакеты.
• Участок подготовки клетей расположен во вспомогательном продете и включает стенды горизонтальных клетей 630 и универсальных клетей, кЛетей 450, кантователь кЯетей 450, монтажную тележку, стеллажи валков и др. Окалина от стана смывается водой в отстойники.
Комбинированная клеть стана Оригинальной конструкции, (рис. 8.5.11 и 8.5.12) имеет сТанину 7 С-образной формы, закрепленную на плитовине 2, кассету 3, которая монтируется с горизонтальными 7 или вертикальными 12 рабочими валками, и раздельные приводы 4 и 5 соответственно горизонтальных и вертикальных валков. Диаметр
398
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.5.11. Комбинированная клеть 450 с горизонтальными валками
Рис. 8.5.12. Комбинированная клеть с вертикальными валками
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
399
валков 430 - 480 и длина бочки 630 мм. Комбинированная клеть, смонтированная с горизонтальными валками, предназначена для прокатки балочных профилей, с вертикальными валками - для прокатки полосовой и угловой стали.
Кассета 3 состоит из станины 6 с вмонтированными рабочими валками (7 или 12) и механизмов - нажимного 8 и осевого регулирования 9. Станина имеет рамную конструкцию закрытого типа с двумя лапами, которыми она опирается на плитовину (если она смонтирована с горизонтальными валками) и на вертикальную привалочную плоскость станины (если валки вертикальные). Со всех сторон станина имеет приливы для захвата ее сцепными устройствами при перемещениях клети. Горизонтальные и вертикальные рабочие валки смонтированы в подушках на подшипниках жидкостного трения (ПЖТ). Перевалка горизонтальных и вертикальных валков в кассете проводится на стенде.
Привод горизонтальных валков состоит из универсальных шпинделей 10, шестеренной клети 11 и редуктора с промежуточным соединением и телескопическим валом, который, приводится во вращение от электродвигателя 4.
Переход с одного калибра на другой, когда это по технологии требуется, осуществляется ползуном горизонтальной кассеты, движущимся в направляющих плитовины с помощью гидроцилиндра. Ползун снабжен захватом, которым он сцепляется с горизонтальной кассетой. Кассета, шпиндельное устройство и шестеренная клеть перемещаются механизмом горизонтальной кассеты на ход 600 мм.
При перестройке комбинированной клети с горизонтальной кассетой на клеть с вертикальной кассетой шпиндельное устройство и шестеренную клеть смещают в сторону привода относительно оси прокатки на 440 мм. Это смещение необходимо для вывода шпиндельного устройства за габарит кассеты с вертикальными валками. Для фиксации кассеты с горизонтальными валками, шпиндельного устройства и шестеренной клети на плитовине смонтированы пружинно-гидравлические зажимы.
Привод 5 вертикальных валков (см. рис. 8.5.12) состоит из универсальных шпинделей 13 и редуктора 14 вертикального привода с электродвигателем. Универсальные шпиндели выполнены с зубчатыми шарнирами и проходят через полые тихоходные валы редуктора. Верхние шарниры шпинделей опираются на кулачковые втулки, насаженные на тихоходные валы редуктора. Переход с одного калибра на другой и установка кассеты в положение для
перевалки осуществляется механизмом подъема вертикальной кассеты, который включает подъемную балку с захватами, привод подъема балки и механизм установки шпинделей. Подъемная балка размещена в вертикальном проеме станины 1 и фиксируется относительно вертикальных направляющих смонтированными в ней катками. В нижней части балки имеются четыре захвата, которыми она сцепляется с кассетой. Захваты соединены между собой рычажной системой и разводятся с помощью гидроцилиндра.
Привод подъема вертикальных валков представляет собой два червячных одноступенчатых редуктора, соединенных между собой муфтой с промежуточным валом и установленных на верхнюю плоскость станины 1 в расточки. В колеса червячных редукторов вмонтированы гайки с винтами, концы .которых шарнирно связанькс балкой.
На вертикальной привалочцой плоскости станины 1 имеются гидравлические зажимы клинового типа, предназначенные для фиксации вертикальной клети. Горизонтальные и вертикальные кассеты перемещаются устройством для перевалки кассет предчистовой и чистовой групп.
Наличие раздельных приводов горизонтальной и вертикальной кассет позволяет исключить редукторы с коническими передачами, которые в силовых передачах недостаточно надежны.
Применение комбинированных клетей в линии стана 630 позволяет также при наличии широкого сортамента прокатываемых профилей значительно сократить размеры стана и цеха по длине.
Годовая производительность стана - около 1 млн. т при суммарной мощности приводов рабочих клетей 31 МВт. Максимальная скорость прокатки в последней чистовой клети 8 м/с. Стан эксплуатируется в Нигерии (г. Ад-жаокута).
Среднесортный непрерывный стан 450 (рис. 8.5.13) предназначен для производства фасонных строительных профилей (размеры, мм): нормальных двутавровых балок с параллельными полками и швеллеров высотой 100 -180, облегченных (тонкостенных) двутавровых балок и швеллеров высотой 160 - 240, угловой равнобокой и неравнобокой стали с полками 75 - 125, круглой и квадратной стали диаметром или со стороной квадрата 32 - 60, полосовой стали с размерами сечения (125 - 200) х (9 -22).
В качестве исходных применяют заготовки с размерами сечения, мм: 150 х 150; 135 х 200; 150 х 200; 160 х 270; 200 х 200 и 200 х 250. Длина заготовки 4 - 12 м, масса до 4,7 т.
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Ряс. 8.5.13. План (а) расположения оборудования и общий вид участка рабочих клетей (б) среднесортного непрерывного стана 450:
1, 3, 7, 13, 18, 27 и 31 - рольганги соответственно от заготовочного стана, отводящий холодильника, перед нагревательными печами 8 и 9, за печами, соединительные, распределительный и отводящий; 2 - холодильник; 4 - передающий шлеппер; 5 - загрузочные решетки; 6 - карманы для забракованных заготовок; 10 - шлеппер-накопитель; 11 - стлкхввллль заготовок; 12 - машина для безударной выдачи заготовок из печи; 14, 23 и 32- ножницы соответственно для резки заготовок, летучие и холодной резки; 15 - машина огневой зачистки; 16, 17и 19- первая - третья черновые группы клетей; 19 - третья черновая группа;
20 - ножницы аварийной резки; 21 - петлеобразователь; 22 - чистовая группа клетей; 24 - распределительное устройство; 24а - установка термоупрочнения; 25 - холодильник; 26 - контрольные решетки; 28 - пакетировочное устройство; 29 - ленговязальная машина; 30 - дозировочное устройство; 33 - передвижной упор;
34 - карман; 35 - коробка для обрези; 36 - собирательная решетка; 37 - правильные машины; 38 - железнодорожный путь; СП - склад полупродукта;
М3 - машинный зал; СГП - склад готовой продукции	4
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
401
8.5.13
402
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Техническая хс^актеристика стана 450
Готовый прокат выпускается в прутках длиной................... до 24 м
Годовая производительность стана, млн. т/год...................... 1,5
Скорость прокатки в чистовой клети, м/с.............................. 4 - 12
Масса технологического оборудования, т........................... 22 000
Суммарная мощность главных двигателей, МВт....................... 32
Площадь цеха, м2 ................ 112 200
Подготовку и подачу заготовок к печам на стане 450 можно осуществить двумя способами - от загрузочных решеток 5, расположенных в каждом из трех пролетов склада заготовок, а также с помощью специальной секции холодильника 2 и рольгангов 1 и 3 непосредственно на рольганг перед печами. Заготовки, не соответствующие заданным требованиям, сбрасываются в карман.
Передающее устройство (шлеппер 4) позволяет подавать заготовки пакетами от 3 до 6 шт. с поштучной выдачей заготовок на рольганг. Загрузочные решетки большой емкости также позволяют выдавать поштучно заготовки к печам.
Заготовки передаются на рольганг 7 перед печами через шлепперы-накопители, которые обеспечивают подачу заготовок в печи с требуемым циклом, определяемым станом, не требуя жесткого соблюдения цикла подачи с загрузочных решеток или от передающего устройства.
Сталкивателем заготовки поштучно подаются в печи.
Нагрев заготовок осуществляется в двух печах с шагающим подом 8 и 9 производительностью 170 т/ч каждая. Предусмотрено место для установки третьей печи. Заготовки можно загружать в один рад (при длине 6 -12 м) или в два рада (при длине 4 - 6 м) в холодном или в горячем состоянии.
Подача заготовок на прокатку. Поштучная выдача заготовок из печи на рольганг 13 за печами осуществляется машиной безударной выдачи. Заготовки, не отвечающие заданным требованиям нагрева, собираются в карман. Перед прокаткой, в случае необходимости, заготовки можно разрезать пополам на ножницах горячей резки (сила резания 4 МН), имеющих систему уборки обрезков.
Перед прокаткой нагретые заготовки проходят через устройство для гидросбива окалины и, если это необходимо, машину огневой зачистки.
Прокатка. На стане проводят непрерывную прокатку максимум в шестнадцати клетях (№№ 1 - 16), расположенных по одной
оси. Черновая группа выполнена непрерывной и состоит из девяти клетей, сгруппированных в три подгруппы по три клети в каждой (см. рис. 8.5.13). Расстояния между подгруппами предусматривают возможность свободного выпуска раската при прокатке на длину холодильника без разрезки летучими ножницами перед холодильником.
Линии клетей смонтированы по схеме: горизонтальная (Г) - комбинированная (К) -горизонтальная (Г). На линиях комбинированных клетей можно устанавливать клети либо с горизонтальными, либо с вертикальными валками. Перед чистовой группой установлены летучие кривошипные ножницы с силой резания 1,3 МН, снабженные устройствами для уборки обрези. Эти ножницы используют для обрезки переднего конца при подаче в чистовую группу или для аварийной разрезки раската. Между клетями черновой группы установлены проводковые столы.
Чистовая группа состоит из семи линий клетей, расположенных по схеме:
К-Г(У) - Г(У) - К-Г(У) - К-Г(У), где У - универсальная клеть.
При прокатке балок на среднесортном стане 450 вместо горизонтальных клетей устанавливают универсальную клеть. Валки всех клетей смонтированы на ПЖТ.
За последней клетью чистовой группы предусмотрены кривошипные летучие ножницы 23 (сила резания 630 кН) с оборудованием для уборки обрезков (см. рис. 8.5.13), служащие для обрезки концов и разрезки раската в соответствии с длиной холодильника.
Характеристики рабочих клетей, приведены в табл. 8.5.8; расположение валков клетей при прокатке основных профилей - в табл. 8.5.9.
Привод всех клетей осуществляется от одинаковых двигателей мощностью 2,0 МВ. Перевалка всех клетей, включая подвод энергоносителей, полностью механизирована; их сборку и разборку для смены валков, а также кантовку проводят на специальных механизированных стендах в отдельном пролете.
Охлаждение проката. После прокатки раскаты распределительным устройством 24 (см. рис. 8.5.13) направляются поочередно на правую и левую стороны двухстороннего реечного холодильника.
Установка для термоупрочнения обеспечивает ускоренное охлаждение проката, а для рада марок сталей - его термоупрочнение.
Двухсторонний реечный холодильник обеспечивает перекладку проката с различным шагом (размеры, мм): ширина проката до 140 - шаг перекладки 180; ширина более 140 -шаг 360.
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
403
8.5.8. Технические характеристики рабочих клетей среднесортного стана 450
Подгруппа	Номер линии	Тип линии	Тип	Размеры валков*1, мм	Частота вращения
	клети	клети	кассеты	D	L	валков, мин*1
Черновая группа
	1	Г	Г	•		12,4 - 59,4
1	2	К	Г			14,5 - 69,7
			В			14,1 - 70,2
	3	Г	Г			14,5 - 69,7
	4	Г	Г			17,9 - 85,9
2	5	К	Г	630	1000	21,6 - 103,6
			В			21,6 - 103,6
	6	Г	Г			24,7 - 118,6
	7	Г	Г			26,0 - 103,6
3	8	К	Г			30,0 - 120,8
			В			33,0 - 151,3
	9	Г	Г			40,0 - 158,0
Чистовая группа
	10	К	г в	530 530	630 630	70,0 - 206,8 90,0 - 267,4
	11	Г(>)	г	530	630	90,0 - 244,7
			У	900 / 600*2	(100-300)/170*3	50,0 - 131,9
	12		г	530	630	113,0 - 317,7
			У	900 / 600*2	(1ОО-ЗОО)/17О*3	61,0 - 171,1
	13	К	г	530	630	132,0 - 369,0
-			в	530	630	132,0 - 370,0
	14	Г(У)	г	530	630	157,0 - 438,9
			У	900 / 600*2	(1ОО-ЗОО)/17О*3	75,0 - 209,1
	15	к	г	530	630	173,0 - 519,9
			в	530	630	177,0 - 530,0
			г	530	630	190,0 - 575,0
	16	Г (У)				
			У	900 / 600*2	(1ОО-ЗОО)/17О*3	76,0 - 228,2
D - диаметр валков, L - длина бочки.
*2 В числителе - диаметр горизонтального валка, в знаменателе - вертикального.
*3 В числителе длина бочки горизонтального валка, в знаменателе - вертикального.
404
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
8.5.9. Расположение валков клетей среднесорпюго стана 450
	Тип линии клети в группе															
Производимый прокат	черновой									чистовой						
	Л*	Ю.	13	А	А5	К	п	А8	19	ПО	Л1	Л2	К13	Л4	К15	Л6
Круг, квадрат	Г	В	Г	Г	В	Г	г	В	Г	В	г	г	в	г	в	г
Нормальный швеллер	Г	В	Г	Г	В	г	г	в	Г	Г	г	г	г	г	г	-
Тонкостенный швеллер	Г	В	Г	Г	Г	г	г	г	Г	г	г	г	г	г	г	-
Нормальная балка	Г	В	г	Г	В	г	г	г	г	г	У	У	г	У	г	У
Тонкостенная балка	Г	В	г	г	Г	г	г	г	г	г	У	У	г	У	г	У
Уголок	Г	В	г	г	В	г	г	в	г	-	г	г	в	г	г	-
Полоса	Г	Г	г	г	В	г	г	в	г	в	г	г	в	г	в	г
* Порядковый номер клети.
Механизмы выдачи обеспечивают автоматическую поштучную выдачу проката на отводящие рольганги холодильника для однониточной, правки в сортоправильных машинах. В конце подводящего рольганга холодильника имеются карманы для сбора горячих прутков, которые по условиям технологии проходят замедленное охлаждение. Перед холодильником установлено устройство для механизированного отбора проб, состоящее нз передвижной маятниковой пилы и механизма для передачи проб.
Правка проката. Охлажденные профили в две нитки отводящим рольгангом холодильника подаются к двум установленным на передвижных платформах правильным машинам. На каждой машине правка проката осуществляется в одну нитку. Для каждой нитки предусмотрено по две правильных машины -на одной производится правка, на другой в это время осуществляется перевалка для подготовки ее к правке следующего по программе работы стана профиля. Таким образом время перехода на следующий, профиль сокращается до минимума. Подача проката в правильную машину происходит со скоростью 1,5 м/с. Как только передний конец выйдет из выводных роликов машины, скорость с помощью фотореле увеличивается автоматически до заданной. Максимальная скорость правки - 6 м/с.
Правку квадратного й полосового проката выполняют в положении "на ребро". Для поворота этих профилей в положение правки перед каждой сортоправильной машиной установлен кантователь.
Разрезка проката. Выправленные правильными машинами профили рольгангом
передаются к поперечным пакетировочным транспортерам. От импульса, подаваемого самой полосой, поднимаются тормозные плиты, и остановившийся профиль перекладывается на первый зуб неподвижной реечной системы. После заполнения реечной системы профили перекладываются на несущие цепи транспортирующего конвейера. Пачки профилей на несущих цепях выбираются из определенного количества штанг с определенным расстоянием между ними по заданной, про-грамме. Число профилей в пачке зависит от сортамента при условии полного использования ширины рольганга (1000 мм), ножевого устройства ножниц (1000 мм) и силы резания ножниц холодной резки (6,3 МН). Набранная пачка передается на рольганг 31 (см. рис. 8.5.13) и транспортируется к ножницам холодной' резки 32. При нарушении ритма работы оборудования поперечный транспортер обеспечивает набор и размещение на цепях еще одной пачки профилей.
На ножницах пачка выравнивается по передним торцам о выдвижной упор, передние концы вводятся в ножницы на определенную длину и обрезаются. Эти ножницы имеют оригинальную эффективную конструкцию -резание проводится не вдоль полки и стенки балки или швеллера, а под углом 45 °, что практически исключает смятие проката и таким образом обеспечивает высокое качество резания.
После обрезки передних концов проводится разрезка пачки на заказанные или мерные длины (4 - 24 м) с использованием передвижных упоров.
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
405
Уборка проката. Обрезанные концы профилей короче 1 м (скрап) по транспортеру подаются в коробку 35 для обрези (см. рис. 8.5.13)» а при ее заполнении высыпаются в вагон. Фасонные профили (балки» швеллеры и уголки) короче 3 м и простые профили (круг» полосы) из углеродистых и низколегированных сталей короче 2 м сбрасываются в карманы» пакетируются» взвешиваются и краном убираются на определенные места.
Пачки профилей заказных длин транспортируются рольгангом к контрольным решеткам. На рольганге профили выравниваются по упору, а затем цепным устройством передаются на систему несущих цепей инспекторских стеллажей. На этих стеллажах производится осмотр профилей со всех сторон. Для кантовки профилей применяют магнитные кантователи. Осмотр профилей осуществляется из передвижных кабин» расположенных над инспекторскими стеллажами (контрольными решетками). Дефектные профили передаются в специальные карманы и пакетируются. Затем их увязывают вручную» взвешивают и краном убирают на специально отведенные места.
Пачки годных профилей по коротким цепным транспортерам передаются с инспекторских стеллажей к участкам пакетировки.
Пакетировка круглого проката в потоке. Пачки круглого проката в зависимости от длины останавливаются или у исчезающего упора (длина 4 - 12 м) или у стационарного упора (длина 12 - 24 м) и сбрасываются в карман. Набранный пакет проката из заданного программой числа штанг укладывается на тележку и перемещается к вязальным машинам. Увязка пакета производится лентой» концы которой стыкуются двойной точечной сваркой. После увязки пакеты взвешиваются» навешиваются бирки.
Передача проката из кармана на тележку и уборка увязанных пакетов выполняется краном» оборудованным механическими захватами.
Пакетировка фасонных профилей в потоке. Пачки фасонных профилей с инспекторского стеллажа по рольгангу передаются к решеткам дозирующих устройств, которые в зависимости от длины профилей могут работать секционно. Каждая секция оборудована исчезающими упорами. С дозирующих решеток уголки и швеллеры пачками в один ряд перекладываются на два параллельных рольганга» по которым они транспортируются к штабелирующим линиям, расположенным слева и справа от рольгангов. При штабелировке уголков и швеллеров пачки металла укладываются в два рада, а затем перекладываются на опускающийся стол. Процесс повторяется до набора заданного числа пачек. Набранный пакет увязывается с помо
щью вязальных машин и взвешивается. На пакет навешиваются бирки.
Уборка пакетов из карманов и пакетировочных столов проводится краном с механизированными захватами.
Доотделка профильного проката состоит в правке и разрезке всего профильного проката за исключением плоских профилей шириной более 150 мм. Профили подаются на загрузочные решетки в один рад. Перемещение и отделение профилей для поштучной передачи их на загрузочный рольганг проводится с помощью опускающихся сменных профилированных реек и цепного шлеп-пера.
Подача квадратных и плоских профилей осуществляется кантователем, вводимым в поток. В правке остальных профилей кантователь не участвует.
Выправленные профили поступают на приемочный рольганг» выравниваются по упору» а затем годные профили сбрасываются в карман годной продукции» а дефектные поперечным транспортером передаются на рольганг пилы.
На пиле холодной резки, оборудованной передвижным упором» вырезаются дефектные участки» а также профиль режется на отрезки заказной длины. После резки профили поступают на рольганг» доходят до упоров и сбрасываются в один из двух карманов.
Увязку и маркировку пакетов выполняют вручную, уборку - краном.
Доотделка круглого проката. На доотделку круглый прокат подается краном в один рад или пакетом на загрузочные решетки. Поштучная подача проката в желоб осуществляется с помощью кулачковой цепи и фиксатора-сбрасывателя. С загрузочных решеток прокат сбрасывателем подается к трайбап-парату, который с помощью двух косорасположенных профилированных роликов придает штанге вращательно-поступательное движение для облегчения подачи его в правильную машину.
Конструктивные решения рабочих клетей. На среднесортном стане 450 в зависимости от получаемого профиля (см. табл. 8.5.8) может быть использовано до десяти горизонтальных 2-валковых клетей» до шести - комбинированных и четырех -универсальных.
Бесстанинные рабочие 2-валковые клети горизонтального типа (рис. 8.5.14) имеют повышенную жесткость благодаря монтажу подушек в тонкостенной раме на дистанционных винтах, гайки которых одновременно являются цапфами подушек*. Валки опираются на ПЖТ. Выбор зазоров в радиальном направлении в элементах дистанционных винтов и
* См. расчет в гл. 8.6.
Рис. 8.5.14. Рабочая 2-валковая клеть среднесортного стана 450
406	Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
407
8.5.10. Технические характеристики рабочих 2-валковых клетей горизонтального типа
Параметр	Клеть 630	Клеть 530
Диаметр рабочих валков, мм	630 - 580	530 - 450
Длина бочки валков, мм	1000	630
Сила прокатки (наибольшая), МН	5,0	3,3
Момент прокатки (наибольший), кН • м	500	250
Расстояние между осями валков, мм	580 - 750	450 - 600
Скорость установки верхнего валка, мм/с		
под давлением	0,2	0,15
без давления	0,4	0,30
Осевое регулирование валков, мм	±5	±5
ПЖТ осуществляется гидрораспорным устройством. Осевые подшипники валков - упорные бочкообразные конические, устройство для осевого регулирования валков - винтового типа.
Разъемная рама обеспечивает разборку -сборку клетей на специальных стендах.
Технические характеристики горизонтальных рабочих 2-валковых клетей приведены в табл. 8.5.10.
Компактность и высокая жесткость универсальной рабочей клети обеспечиваются бес-станинной конструкцией. Связь подушек горизонтальных валков осуществляется дистанционными винтами, гайки которых аналогично 2-валковой клети являются одновременно цапфами для поворота подушек при прокатке. Вертикальные валки смонтированы в траверзах, связанных между собой дистанционными винтами и направляющими.
Подушки собраны в тонкостенной раме. Горизонтальные валки опираются на ПЖТ, вертикальные - на подшипники качения. Выбор радиальных зазоров в системах горизонтальных и вертикальных валков осуществляется гидрораспорными устройствами. Осевые подшипники горизонтальных валков - упорные бочкообразные конические.
Разъемная рама обеспечивает разборку -сборку клетей на специальных стендах.
Техническая характеристика универсальной рабочей клети стана 450
Диаметр валков, мм: горизонтальных................. 900	-	850
вертикальных............... 600	-	550
Длина бочки валков, мм: горизонтальных................. 100	-	300
вертикальных.............. 170
Сила прокатки, МН: на горизонтальных	валках .... 3,0
на вертикальных валках.... 1,6
Момент прокатки (наибольший), кН • м........................ 250
Расстояние между осями валков, мм:
горизонтальных............. 850	- 930
вертикальных............... 640	- 910
Скорость установки валков при прокатке, мм/с:
горизонтальных............ 0,3
вертикальных.............. 0,3
Скорость установки валков без воздействия усилия прокатки, мм/с:
горизонтальных............ 0,6
вертикальных.............. 0,6
Осевое ретулирование валка, мм:
верхнего горизонтального.. ±5
вертикального............. ±4
Конструкция комбинированной клети (рис. 8.5.15) имеет высокую нагрузочную способность и обеспечивает быструю перестройку с одного расположения валков на другое благодаря следующим особенностям:
вращение горизонтальных н вертикальных валков осуществляется от одного электродвигателя через общий стационарный несменяемый для вертикальных валков расположенный сверху привод, в котором при переходе на работу с другим расположением рабочих валков переключение осуществляют зубчатой муфтой;
крепление рабочей клети при установке валков вертикально осуществляется к вертикальным плитовннам стационарной рамы, отстоящей от оси прокатки в сторону привода;
повышение момента привода вертикальных валков осуществляется применением суммирующего конического редуктора;
вертикальные и горизонтальные клети полностью унифицированы.
408
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Привод горизонтальных валков осуществляется от электродвигателя 1 через раздаточный редуктор 2 и универсальные шпиндели 5; привод вертикальных валков - от того же электродвигателя и через тот же раздаточный редуктор, а затем через промежуточный вал, конический редуктор 4, редуктор-шестеренную клеть 5 и универсальные шпиндели 6.
Включение привода тех или иных валков происходит в результате переключения зубчатых муфт гидроцилиндром. Муфты установлены на выходном валу раздаточного редуктора. Горизонтальное и вертикальное перемещения рабочих клетей при переходе с калибра на калибр и при перевалках осуществляются следующим образом: в горизонтальном направлении - с помощью механизма передвижения 7, в вертикальном - с помощью механизма подъема 8. При горизонтальном перемещении клети для перехода с калибра на калибр вместе с нею передвигается шпиндельное устройство 9.
Рабочие клети с валками устанавливаются в глубокие пазы, выполненные в плитови-нах 10 (для клети с горизонтальными валками) и в передних стойках рамы 11 (для клети с
вертикальными валками). В рабочем положении клеть с горизонтальными валками прижимается к плитовинам с помощью клиновых гидравлических зажимов 12, а клеть с вертикальными валками - с помощью таких же зажимов 13.
Конструкция линии позволяет установить рабочие клети с любым расположением валков без необходимости съема шпинделей. Гак, перед установкой клети с вертикальными валками шпиндельное устройство 9 горизонтальных валков отодвигается механизмом передвижения 7 в крайнее правое положение, в котором шпиндели не препятствуют установке в линии клети с горизонтальными валками. Перед установкой клети с горизонтальными валками шпиндельное устройство 14 вертикальных валков удерживает шпиндели в крайнем верхнем положении. При установке в линию рабочих клетей как с горизонтальными, так и с вертикальными валками, соединение приводных концов валков со шпинделями, а также соединение энергоприводов осуществляется автоматически. Технические характеристики линий комбинированных клетей приведены в табл. 8.5.11.
8.5.11. Технические характеристики линий комбинированных клетей стана 450
Параметр	Клеть 630	Клеть 530
Диаметр рабочих валков, мм	680 - 580	580 - 450
Длина бочки валков, мм	1000	630
Сила прокатки, МН	5,0	3,3
Момент прокатки (наибольший), кН • м	340	230
Ход перемещения клети, мм	±440	±300
Скорость перемещения, мм/с	10	
СРЕДНЕСОРТНЫЕ СТАНЫ
409
Продолжение табл. 8.5.11
Параметр	Клеть 630	Клеть 530
Общее передаточное число горизонтального		
привода клетей:		
№№ 2 и 10	8,25	2,70
№№ 5 и 13	5,55	1,54
№№ 8 и 15	4,76	1,09
Общее передаточное число вертикального при-		
вода клетей:		
№№ 2 и 10	8,19	2,18
№№ 5 и 13	5,55	1,56
№№ 8 и 15	4,37	1,11
Скорость вращения валков, мин*1	16 - 150	70 - 550
Мощность двигателя, МВт	2,0	
Примечание. Проект высокоэффективного стана 450 разработан ВНИИМетмаш в кооперации с радом проектных организаций и заводов-изготовителей оборудования России, Чехии и Германии.
Стан эксплуатируется на Западно-Сибирском металлургическом комбинате (Россия).
Рис. 8.5.16. Схема расположения оборудования стана 550:
1 - загрузочные устройства; 2 - загрузочный конвейер; 3 - весы; 4 - печи; 5 и 6 - рольганги соответственно загрузочный и приемный; 7 - кантователи-манипуляторы; 8 - рабочая линия клети 670 (клеть номер 7);
9 - рабочие линии клетей 630 (клети номеров 2 - 7); 10 - шайбовые кантователи; 11 - передаточный шлеппер; 12, 20, 25 и 34 - рольганги соответственно рабочих линий, пил горячей резки, холодильников и транспортные;
13 - задающе-следящие ролики; 14 - рабочая линия клети 630 (клеть номер 8) и клети периодической прокатки;
75 - устройство отбора и транспортирования проб; 16 - упор-манипулятор; 17 - стационарная пила горячей резки; 18 - машины для обжима и обрезки "усов" в горячем состоянии; 19 - передвижные пилы горячей резки; 21т 33- передвижные упоры; 22 - манипулятор; 23 и 24 - клеймители; 26 - холодильники; 27- машина обрезки усов в холодном состоянии; 28 - сортоправильная машина; 29 - передающее устройство; 30 - правильный пресс; 31 - кантователь; 32 - ножницы холодной резки; 35 - стеллажи осмотра; 36 - карманы; 37 - обвязочные машины;
38 - сортоукладчик периодического проката; 39 - сортоукладчик аетоободов; 40 - участок доотделки
Применение линий комбинированных клетей высокой нагрузочной способности позволило сократить на шесть число линий клетей, длину цеха - на 33 м, а также соответственно уменьшить массу оборудования и капитальные затраты.
Среднесортный стан 550, компоновка оборудования которого приведена на рис. 8.5.16, предназначен для производства авто-ободов повышенной точности (отклонения по толщине полотна ±0,2 мм при толщине 3,6 -8 мм) грузовых автомобилей ЗИЛ и МАЗ, за
410
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
готовок автоосей, коленчатых валов, лемешной полосы и других подобных профилей, включая периодические профили, получаемые методом продольной прокатки.
Исходными для этого стана являются заготовки со следующими параметрами:
Размеры	Длина,	Масса,
сечения, мм	мм	кг
190x210	3120 - 3420	985 - 1080
(120-30)х350	2400 - 4030	390 - 680
140х(150-120)	2540	До 360
Техническая характеристика среднесортного стана 550
Масса механического оборудования, т 12600 Суммарная мощность установленных
электродвигателей, МВт.............. 41
Максимальная длина раската, м......	60
Максимальная скорость выхода проката из последней чистовой клети, м/с............................... 7
Участок рабочих клетей состоит из восьми клетей с последовательновозвратным расположением.
Первая рабочая клеть - 2-валковая реверсивная клеть с диаметром валков 670 и длиной бочки 1900 мм. Валки смонтированы на подшипниках качения. Перевалка проводится комплектом валков. Перед клетью и за ней в рабочих рольгангах встроены кантователи-манипуляторы клещевого типа.
Остальные семь клетей - 2-валковые клети горизонтального типа жесткой конструкции; максимальный диаметр валков 630 и длина бочки 800 мм; для валков использованы подшипники жидкостного трения, воспринимающие осевые силы. Клети №№ 4-8 взаимозаменяемые, вместо клети № 8 можно устанавливать специальную клеть для прокатки периодических профилей. Для уменьшения расхода валков в клети можно устанавливать предварительно напряженные чугунные валки.
Клеть периодической прокатки - обычной конструкции с усиленными станинами и двукратным переуравновешиваннем верхнего валка для выбора зазоров. Шестеренная клеть позволяет проводить относительную угловую настройку валков в клети периодической прокатки. В целях совмещения подачи переднего конца полосы в клеть периодической прокатки и начала периода прокатки на валках перед клетью устанавливают следяще-подающие ролики. За клетью установлены машины для обжима и обрезки облоя, получающегося на периодических профилях.
Для стабилизации толщины проката в зависимости от температуры на клетях №№ 7 и 8 имеется локальная автоматическая система.
На выходе из клетей №№ 2 и 3 установлены кантующие валки. Перед клетями №№ 2, 4, 5, 7 и 8 установлены шайбовые передвижные кантователи с приводом от гидроцилиндров. При прокатке профилей, не требующих кантовки, кантователи сдвигаются с линии прокатки.
Перед поступлением горячего проката на холодильник предусмотрена его разрезка на участке пил.
Участок охлаждения. Охлаждаемый металл укладывается на холодильник, состоящий из цепных конвейеров с несущими цепями. Для гарантированного до 60 °C охлаждения проката на выходной части холодильника установлены устройства для охлаждения водно-воздушной смесью.
Участок холодной отделки включает сортоправильные машины, правильные прессы, ножницы, а также примыкающее к ним оборудование.
Преимущества стана следующие: на всех клетях предусмотрены установки для отсоса пыли и газов;
имеется автоматическая система стабилизации толщины проката;
при прокатке периодических профилей получают минимальную обрезь благодаря разработке комплекса оборудования участка клети периодической прокатки и системы автоматического управления главным приводом клети;
повышено качество периодического проката благодаря установке машин для удаления облоя ("уса") в горячем состоянии в технологическом потоке стана;
повышенная производительность участка пил горячей резки за счет разработки пил с дистанционным управлением перемещений и полуавтоматической системой резки периодического проката;
снижение коробления несимметричного проката, охлаждаемого на холодильнике устройством предварительного изгиба;
время перевалок уменьшено в результате дистанционной настройки по датчикам положений шпиндельных соединений и установки отодвигающихся в сторону приводных столов.
Стан 550 установлен на Днепропетровском металлургическом заводе им. Петровского (Украина). Оборудование изготовлено Новокраматорским машиностроительным заводом в кооперации с другими предприятиями. Проект стана разработан Колпинским отделением ВНИИМЕТМАША.
8.5.5. МЕЛКОСОРТНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. К мелкосортным станам (МСС) относятся станы для производства круга диаметром 10 - 30 мм, а также других эквивалентных профилей (квадрата, шести
МЕЛКОСОРТНЫЕ СТАНЫ
411
гранника, полосы, уголка и др.). Современные МСС строят непрерывными. Их максимальная годовая производительность - 0,8 - 1,0 млн. т. Продукция (мелкий сорт) выдается либо в виде пачек прутков, либо в бунтах.
В зависимости от сортамента выпускаемой продукции и специализации станы проектируют с выдачей изделий и в прутках, и в бунтах либо только в прутках или бунтах. В ряде случаев, например для небольших заводов, создают комбинированные мелкосортнопроволочные либо (реже) среднесортномелкосортные станы.
Схемы и параметры МСС. Схемы некоторых современных МСС приведены на рис. 8.5.17 - 8.5.21, а их технические характеристики даны в табл. 8.5.12.
Особенности прокатки на МСС. Станы высокой производительности, в основном, двухниточные. Крупные профили или профили, которые нельзя кантовать скручиванием, прокатывают в одну нитку.
На современных МСС используют обычно заготовки квадратного сечения со стороной 100 мм, но размеры сечения заготовок могут составлять 150 - 160, а иногда, - и 200 мм. В этом случае на стане устанавливают заготовочную группу клетей. Для сокращения площади цеха и уменьшения массы оборудования применяют так называемые малогабаритные обжимные группы (МОГ), состоящие из чередующихся компактных клетей, расположенных близко друг к другу. Используют, в основном, бесстанинные ненапряженные или предварительно напряженные клети, а также клети с консольными валками с одним калибром или гладкой бочкой. Прокатку в МОГ проводят с натяжением. Число клетей в группе 4-8.
При работе стана на непрерывно-литых заготовках используют заготовки с квадратным сечением, сторона квадрата 120 - 130 мм.
К преимуществам этого процесса относятся также уменьшение окалинообразования, повышение надежности работы печей, снижение процента выхода из строя валков из-за термических напряжений. Однако низкотемпературная прокатка требует повышения нагрузочной способности рабочих клетей, ножниц и другого оборудования. Поэтому при проектировании станов с использованием низкотемпературной прокатки необходим анализ всех факторов, связанных с новыми условиями работы стана.
Многоручьевая прокатка. На ряде МСС освоена многоручьевая прокатка - разделение арматурной периодической стали, позволяю
щая прокатывать более мелкие профили без увеличения числа пропусков (или числа клетей) и приводящая к повышению производительности до 20 - 45 %.
Калибрующие блоки. Резкое повышение точности круглого проката обеспечивает применение блоков калибрующих клетей, установленных за чистовой клетью МСС. Такие блоки состоят из двух - трех чередующихся клетей, в которых проводят прокатку с небольшими обжатиями (в пределах 5-7 %). Калибрующие блоки предусматривают в составе 2-х или 3-валко вых клетей. Наилучшие результаты дает применение блоков 3-валковых клетей в связи с тем, что при прокатке в 3-валковом калибре уширение практически отсутствует.
Число пропусков в клетях станов - 16 -20, минимальная суммарная вытяжка - 5 - 6 (при непрерывно-литых заготовках 8 - 12). Входная скорость при отсутствии разгара калибров валков черновых клетей составляет не менее 0,1 м/с, в отдельных случаях - 0,07 м/с.
Высокопроизводительные МСС, на которых получают прокат широкого сортамента, строят многолинейными - на этих станах обычно предусматривают две промежуточные и две чистовые группы клетей. Возможные схемы прокатки на таких станах см. на рис. 8.5.20. Эти схемы имеют следующие преимущества:
профили малых сечений прокатываются в две нитки;
при однониточной прокатке крупных профилей одну или две группы клетей можно перестроить без остановки стана;
возможность однониточной прокатки с частыми переходами с одних групп клетей на другие, настроенные на ту же программу, что позволяет удвоить срок службы валков и арматуры, а также проводить их замену без простоев стана.
Массу заготовок принимают как можно большей, что приводит к увеличению производительности стана благодаря, увеличению доли машинного времени, а также повышает точность проката в результате снижения доли некондиционных концов. Кроме того, это позволяет выполнить требования потребителей по выпуску бунтов большой массы и повысить выход годного.
Масса заготовок растет в результате увеличения сечения и длины. В настоящее время длина заготовок составляет 12 м и ограничивается возможностями холодильников непрерывно-заготовочных станов или МНЛЗ, нагревательных печей и условиями транспортирования к МСС. Разработан МСС, на котором используют заготовку длиной 22 м.
Рис. 8.5.17. Схем* расположения оборудования универсального мелкосортного стана № 1: 7 - загрузочное устройство; 2 - нагревательные печи; 3 - участок сварки; 4 - черновая группа клетей; 5 и 13- ножницы; 6 - промежуточная группа клетей;
Рис. 8.5.18. Схем* рясположения оборудования мелкосортного стана № 2:
1 -загрузочное устройство; 2 - правильная машина; 3 - дробеструйная установка; 4 - линия дефектоскопии заготовки;
5 - печь с шагающим подом; 6 - устройство для гидросбива окалины; 7, 8 и 9 - группы клетей соответственно черновая, промежуточная и чистовая; 10и 13 - кривошипные ножницы; 11 - устройство для уборки обрези; 12 - эксцентриковые кривошипные ножницы; 14 - трайбаппарат; 15 - бракомоталки; 16 - моталка; 77 - вентиляционная установка; 18 - вязальная машина; 19 - корзины для бунтов; 20 - шагающий конвейер; 21 - душирующее устройство; 22 - установка обвязки пакетов; 23 - накопитель бунтов; 24 - установка для разматывания, правки и резки бунтов; 25 - кантователь бунтов;
26 и 27- печи соответственно роликовые и колпаковые; 28 - обдирочно-шлифовальный станок; 29 и 30 - агрегаты соответственно ЭРСА-1 и ЭРСА-2
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.5.19. Возможные типовые схемы прокатки при многолмнейном расположении стана (размеры, мм): 1 - □ 80 х 20 мм; 2-140x6 мм;
3 - [ 65 мм;’
4 - Т 35 мм;
5 - О 10 мм
Рис. 8.5.20. Схема расположения оборудования многолинейного мелкосортного стана № 3:
7 - печи;
2 - непрерывная группа заготовочных клетей;
3 - непрерывная линия для прокатки мелкосортной стали в стане многолинейной конструкции;
4 - реечные холодильники;
5 - многониточная правильная установка;
6 - ножницы холодной резки;
7 - устройства для взвешивания и перегрузки;
8 - устройства для связки;
9 - устройства для штабелирования
МЕЛКОСОРТНЫЕ СТАНЫ	413

Рис. 8.5.21. Схема расположения оборудования комбинированного мелкосортно-проволочного стана завода небольшой производительности:
1	- участок загрузки заготовок;
2	- нагревательная печь; 3-5- группы клетей соответственно черновая, промежуточная и чистовая, 6 - проволочный чистовой блок;
7	- участок термообработки катанки;
8	- участок пакетиронки мелкого сорта;
9	- холодильник;
10	- участок термообработки сортового проката;
11	- правильная машина;
12	- стеллаж-накопитель;
13	- ножницы холодной резки;
14	- вязальная машина для прутков;
15	- пакетировщик фасонного проката;
16	- вязальная машина для фасонного проката;
17	- участок формирования бунтов;
18	- устройство для прессования и обвязки бунтов;
19	- устройство для прессования и обвязки пакетов бунтов;
20	- станция для разгрузки бунтов
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
МЕЛКОСОРТНЫЕ СТАНЫ
415
8.5.12. Технические характеристики мелкосортных станов
Параметр	МСС № 1	МСС № 2	|	МСС № 3	1 МСС № 4
	Место установки			
	Криворожский металлургический комбинат (Украина)		Фирма "Сидор" (Венесуэла)	Металлургический завод в г. Рыбнице (Молдова)
	Год пуска			
	1972	1977	1979	1985
Годовая производительность, тыс. т	1330	1000	750	500
Исходная заготовка: размер сечения, мм длина, м масса, кг	80 х 80 11 - 12 600	150 х 150 10 - 12 2100	320 х 250 6,6 4090	125 х 125 12 1440
Сортамент производимых изделий; размеры изделий, мм	Круг диаметром 16 - 30 Квадрат со стороной 16 - 26 Полоса (45-70) х (4,5-20) Арматура номинальным диаметром 16 - 28 Уголок равнобокий с шириной полки 20 - 40	Круг диаметром 14 - 42 Квадрат со стороной 14 - 36 Шестигранник со стороной 14 - 40	Круг диаметром 12 - 40 Полоса (22-80) х (6-20) Арматура номинальным диаметром 12 - 36 Уголок массой до 0,8 кг/м	Круг диаметром 10 - 40 Уголок равнобокий с шириной полки 20 - 50 Швеллер высотой и шириной полки 50 х 32 Катанка диаметром 5,5 - 12
Скорость прокатки, м/с, при перемещении заготовки: на холодильник на моталки	20 25	Отсутствует 15	2( Отсутствует	) | 80 (для катанки)
Нагревательная печь: производительность, т/ч число печей	110 2	С шагающ] 11 1	им подом Ю 2	170 1
Число клетей на участке прокатки: в группах (номера клетей): заготовочной черновой промежуточной чистовой общее	7 (№№ 1 - 7) 4 (№№ 8 - 11) 6x2 (№№ 12-17) 23	8 (№№ 1 - 8) 6 (№№ 9 - 14) 6 (№№ 15 - 20) 20	7 (№№ 1 - 7) 8 (№№ 8 - 15) 5x2 (№№ 16-20) 4x2 (№№ 21-24) 33	8 (№№ 1 - 8) 6 (№№ 9 - 14) 6 (№№ 15-20) + + 10 (№№ 21 -30) для катанки блок клетей 30
Типы клетей: Г В ГВ	№№ 1 - 12, 14, 16 №№ 13, 15, 17	№№ 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19 №№ 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20	№№ 1, 2, 4, 6, 8 - 17, 19, 20, 22, 24 №№ 3, 5, 7, 18, 21, 23	№№ 1 - 15, 17, 19 №№ 16, 18, 20 №№ 21 - 30
416
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.5.12
Параметр	МСС № 1		МСС № 2		МСС № 3	МСС №4	
	Место установки						
	Криворожский металлургический комбинат (Украина)				Фирма "Сидор" (Венесуэла)	Металлургический завод в г. Рыбнице (Молдова)	
	Год пуска						
	1972		1977		1979	1985	
Валки (диаметр х длина бочки или только диаметр бочки)	Номера клетей 1 - 7 8, 9 10, 11 12 - 17	Размеры валка, мм 380x710 380x710 320x630 330x500	Номера клетей 1 2 3 4 5, 7 6, 8 9 - 16 17 - 20	Размеры валка, мм 560x800 530x800 470x800. 450x800 380x710 380x630 320x500 280x400	-	Номера клетей	Размеры валка, мм
						1, 2 3 - 8 9 - 14 18 - 20 21 - 25 26 - 30	530x900 430x800 390x710 330x500 5x215V 5x170'
Число ниток прокатки	2		1		2 и 1	1	
Подшипники	пжт				Качения	ПЖТ	
Холодильник: тип размеры (ширина х длина), м	Реечный двусторонний 22 х 125		Трубы ускоренного охлаждения		Реечный двусторонний Длина 130	Реечный односторонний 15 х 108	
Моталка: тип наружный / внутренний диаметры бунта, мм	Гар] 1300 / 850		рета 1400 / 900		Отсутствует	Проволочный виткообразова-тель 1100 / 900	
Суммарная установленная	мощность главного привода, кВт	15 960		14 640		-	16 040	
Масса оборудования, т	7600		8690		-	6770	
* Блок.
Примечания: 1. Фирма-изготовитель проекта и оборудования стана: МСС №№ 1, 2 и 4 - СКЕТ (Германия); МСС № 3 "Шлеманн - Зимаг" (Германия).
2. На всех МСС перевалку выполняют клетями.
ПРОВОЛОЧНЫЕ СТАНЫ
417
Скорость прокатки достигает, м/с: 20 на холодильник и 25 к моталке.
Низкотемпературная прокатка. С целью экономии энергии получает развитие низкотемпературная прокатка, при которой энергозатраты снижаются при нагреве и повышаются при прокатке заготовки. В результате общие энергозатраты снижаются на 25 - 30 %.
8.5.6. ПРОВОЛОЧНЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. К проволочным станам (ПС) относятся станы, на которых производят катанку, т.е. круглый прокат диаметром 5 -12 мм и периодическую арматурную сталь тех же диаметров.
Современные ПС строят непрерывными. Максимальная годовая производительность станов составляет 1,2 - 1,4 млн. т. Продукция выдается в бунтах. Масса бунта обычно равна массе заготовки и составляет 0,7 - 2,5 т.
ПС высокой производительности, в основном, четырехниточные. В связи с резким повышением скорости прокатки и усложнением станов строят двухниточные ПС. Комбинированные мелкосортно-проволочные станы обычно имеют однониточную проволочную линию.
На современных ПС используют заготовки квадратного сечения со стороной 100 -130 мм (а иногда, и до 200 мм) длиной 12 м и более. При заготовках большого сечения на стане устанавливают заготовочную группу клетей или МОГ.
Клети ПС. Число пропусков в клетях станов принимают до 30, входная скорость не ниже 0,07 м/с, скорость прокатки 100 -120 м/с (для катанки из спецсталей до 50 -60 м/с).
Прокатку в черновой и промежуточной группах (до двадцати пропусков) проводят в две - четыре нитки, в чистовых (до десяти пропусков) - в одну нитку.
Клети черновой и промежуточной групп -обычные 2-валковые с валками, в основном, на ПЖТ. Применяют также полустанинные предварительно напряженные клети. В последнее время, главным образом, на одно- и двухниточных станах промежуточные группы состоят из чередующихся клетей с консольными валками на подшипниках качения. Компактное расположение групп позволяет сократить производственную площадь, уменьшить охлаждение раскатов, устранить их скручивание благодаря чередующемуся расположению
14 Зак 108
клетей. Радиальное регулирование валков симметричное при сохранении постоянной оси прокатки.
Перевалка осуществляется валками.
Чистовые группы клетей представляют собой блоки, состоящие, в основном, из восьми - десяти чередующихся компактно расположенных клетей с консольными валками на ПЖТ и общим групповым приводом всех клетей блока.
Прокатка в блоках проводится с натяжением, определяемым соотношением скоростей прокатки в клетях благодаря групповому приводу, и калибровкой валков.
Охлаждение катанки. Современные ПС снабжены устройствами двухстадийного охлаждения катанки (в трубах - водой и в витках -воздухом) после прокатки, с помощью которого осуществляются снижение окалинообра-зования и термическая обработка катанки с прокатного нагрева. Режимы охлаждения зависят от марки стали и предъявляемых к прокату требований.
Схемы и параметры ПС. На рис. 8.5.22 и 8.5.23 приведены схемы расположения оборудования ПС №№ 1 и 2, основные параметры ЦС - в табл. 8.5.13.
Стан № 1 - четырехниточный: черновая (десять клетей) и первая промежуточная (четыре клети) группы работают в четыре нитки, вторые промежуточные группы (по две клети) являются чередующимися (горизонтальные и вертикальные клети) и работают в одну нитку. Чистовые блоки имеют по восемь клетей с валками диаметром 170 мм. Максимальная скорость прокатки 50 м/с.
Оборудование отделки включает установку двухстадийного охлаждения, виткообразова-тели, устройства для сборки, формирования и транспортировки бунтов.
Стан № 2 . Параметры и схема стана № 2 даны, в основном, в части производства катанки. Стан однониточный. Черновая группа состоит из восьми горизонтальных клетей, промежуточная - из шести горизонтальных, чистовая сортовая - из шести клетей с расположением по схеме Г-Г-В-Г-ГВ-Г Чистовой блок 10-клетевой. Максимальная скорость прокатки 100 м/с. Стан снабжен установкой двухстадийного охлаждения и устройствами для сборки бунтов.
563600
Рве. 8.5.22. Схема расположения оборудования проволочного стана № 1:
1	- загрузочная решетка;
2	- подводящий рольганг;
3	- нагревательная печь;
4	и 5 - черновые группы клетей;
6 и 7 - промежуточные группы клетей;
8 и 9 - ножницы соответственно аварийные и для обрезки концов;
10	- блоки чистовых клетей;
11	- водоохлаждаемые трубы;
12	- виткообраэователи;
13	- пластинчатые конвейеры;
14	- накопители витков;
15	- установки для прессования и обвязки бунтов;
16	- ъолихоюА конвейер;
17	- накопители бунтов;
18	- установка для обвязки пачек бунтов;
19	- бракомоталка;
20	- передаточные тележки;
21	- корзины для хранения бунтов;
22	- вагонные весы
418	Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.5.23. Схема расположения оборудования мелкосортно-проволочного стана № 2:
7 - участок загрузки заготовок;
2	- нагревательная печь;
3	- черновая группа клетей;
4	- промежуточная группа клетей;
5	- чистовая группа клетей;
6	- участок термообработки сортового проката;
7	- холодильник;
8	- правильная машина;
9	- стеллаж-накопитель;
10	- ножницы холодной резки;
11	- пакетировщик прутков;
12	- вязальная машина для прутков;
13	- пакетировщик фасонного проката;
14	- вязальная машина для укрупненных пакетов;
15	- проволочный чистовой блок;
16	- участок термообработки катанки;
17	- участок формовки бунтов;
18	- устройство для прессования и обвязки пакетов бунтов;
7Р - станция для разгрузки пакетов бунтов
ПРОВОЛОЧНЫЕ СТАНЫ	419
420
Глава 8.5. СОРТОВЫЕ СТАНЫ
8.5.13. Основные параметры проволочных станов
Параметр	ПС № 1	ПС № 2	ПС № 3	ПС №4
	Место установки			
	Череповецкий металлургический комбинат (Россия)	Белорусский металлургический завод	г. Гуанабара (Бразилия)	Завод фирмы "Валфил С. А." (Бельгия)
	Год пуска			
	1984 (реконструкция)	1984	1976 (1979, 1982)	1980
Годовая производительность, тыс. т	850	500	350 (на одной нитке)	1150
Скорость прокатки, м/с	50	100	86	80 (93)
Заготовка: размеры сечения, мм длина, м масса, кг	100 х 100 11 - 12 1000	125 х 125 12 1440	130 х 130 14 1800	120 х 120 14 1500 (2000)
Диаметр выпускаемой проволоки (арматуры), мм	5,5 - 10,0	5,5 - 12,0	5,5 - 12,7 (арматура №№ 6 - 14)	5,5 - 14,0
Число ниток прокатки	4	1	2	4
Нагревательная печь: тип производительность, т/ч число печей	Методическая 150 1	( 170 1	Z шагающим подом 110 1	200 1
Число клетей на участке прокатки в группах: черновой промежуточной чистовой общее	9 4 4x2 8x4 (блоки) 53	8 6 6 10 (блок) 30	7 8 10 х 2 (блоки) 35	7 8 10 х 4 (блоки) 55
ПРОВОЛОЧНЫЕ СТАНЫ
421
Продолжение табл. 8.5.13
	ПС № 1		ПС №2		ПС № 3		ПС №4	
	Место установки							
Параметр	Череповецкий металлургический		Белорусский металлургический		г. Гуанабара ГБпазилия)		Завод фирмы "Валфил С. А."	
	комбинат (Россия)		завод				(Бельгия)	
	Год пуска							
	1984 (реконструкция)		1984		1976 (17-979, 1982)		1980	
Валки:								
размеры (диаметр х длина бочки)	Номера клетей	Размеры валка, мм	Номера клетей	Размеры валка, мм	Номера клетей	Размеры валка, мм	Номера клетей	Размеры валка, мм
	1 - 7	450x1000	1 - 4	560x1050			1 - 5	600x970
	8 - 9	380x1000	5 - 8	425x900			6 - 7	480x920
	10 - 13	320x800	9 - 14	335x900			8 - 10	480x700
	14 - 15	250x400	15 - 20	325x650			11 - 15	375x650
	16 - 23	170x55	21 - 24	215x72	16 - 17	200	16 - 17	210x72
			25 - '30	160x62	18 - 25	150	18 -.25	159x62
привод	Клети №№ 2-3,		Клети №№ 1-20 -		Клети №№ 1-15		- индивидуаль-	
	4-5, 6-7	- попар-	индивидуальный,		ный, блоков - групповой			
	ный, остальных		блока - групповой					
	клетей -	индиви-						
	дуальный	; блоков						
	- групповой							
подшипники	ПЖТ		Качения	для	Качения	для	ПЖТ	
			клетей №№ 1-20,		клетей №№ 1-15,			
			ПЖТ для блока		ПЖТ для блока			
перевалка			Клетями, в блоках - валками					
Масса оборудо-								
вания, т	5000		2370*					
Мощность глав-								
ных приводов, МВт	-		21,4		-		29,3	
* Данные по катанке.
Примечание. Фирма-изготовитель проекта и оборудования стана: ПС № 1 - СКЕТ (Германия); ПС № 2 - 4 - "Шлеманн - Зимаг" (Германия.)
422
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Адамович Р. А. и др. Среднесортнобалочный стан 700 // Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов / Под ред. В. Г. Дрозда, Л. М. Боброва. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989. С. 18 - 24.
2.	Блочные чистовые группы проволочных станов фирмы Морган. Вып. 78-И. М.: Черметинформация, 1978. 22 с.
3.	Бобров Л. М. и др. Сортовой стан 550 для производства автоободов повышенной точности и периодического проката // Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989. С. 9 - 18.
4.	Бурьянов В. Ф., Липухин В. А. Современное состояние производства сортового проката: Обзорная информация. М.: Черметинформация, 1976. 73 с.
5.	Вайсфельд А. А., Крввенцов А. М., Сапожников А. Я. и др. Особенности формоизменения полосы при горячем калибровании сорта в блоке двухвалковых клетей // Конструирование и исследование современных прокатных станов / Под ред. И. М. Макеева, В. Г. Дрозда. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1985. С.46 - 55.
6.	Глуховский Е. С., Выговский А. В., Дейнега В. А. Новый сортопрокатный цех с заготовочно-крупносортным станом 700 Оскольского электрометаллургического комбината // Совершенствование проектов прокатных и трубопрокатных цехов. М.: Гипромез, 1986. С. 27 - 42.
7.	Глуховский Е. С., Синдин Б. В. Новые прокатные цехи СССР // Сталь, 1977. № 11. С. 1012 - 1019.
8.	Грицук Н. Ф., Андрейчук С. А., Светланов В. Т. Прокатка фланцевых профилей на станах с универсальными клетями // Прокатное производство. М.: Черметинформация, 1986 (обзорная информация, вып. 4). 24 с.
9.	Дрозд В. Г. Техника и технология для современных металлургических предприятий. М.: Машиноэкспорт, 1981. № 11 - 12. С. 38 -43 с.
10.	Дроздецкая К. С., Быков В. А., Ки-ричков А. А. Универсальный балочный стан // Сталь, 1983. № 2. С. 45 - 47.
11.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов: Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1987. 480 с.
12.	Королев В. А. и др. Ввод в эксплуатацию непрерывного проволочного стана 150 на Белорецком металлургическом комбинате // Сталь, 1981. № 11. С. 25 - 27.
13.	Луценко А. Г., Сутягин Б. А. Непрерывный среднесортный стан 450 Западно-Сибирского металлургического завода // Сталь, 1976. № 11. С. 1016 - 1019.
14.	Матвеев В. М., Бурков В. П. Комбинированные клети среднесортно-балочного стана 700 // Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов / Под ред. В. Г. Дрозда, Л. М. Боброва. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989. С. 25 - 29.
15.	Побединин И. С., Дрозд В. Г. Производство сортовой стали. М.: Металлургиздат, 1962. 248 с.
16.	Сортовые прокатные станы / Р. А. Адамович, В. И. Дунаев, Г. Н. Краузе и др. М.: НИИИнформтяжмаш, 1978. 1-78-36. 48 с.
17.	Токарев В. А., Марков А. Н. Прокатка в валках без калибров // Бюллетень НТИ ЧМ, 1983. № 18. С. И - 15.
18.	Усовершенствование процесса Стел-мор. Новости черной металлургии за рубежом. М.: Черметинформация, 1978. № 5-И. 42 с.
19.	Целиков А. И., Зюзин В. И. Современное развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1978. 398 с.
20.	Чистовой блок непрерывного проволочного стана конструкции фирмы "Moeller and Neumahn". М.: Черметинформация, 1981. Вып. 31-И. С. 1 - 4.
21.	Шульгин Г. М. и др. Двухручьевая прокатка - разделение арматурной периодической стали / Г. М. Шульгин, В. Д. Гладуш, М. И. Костюченко и др. // Бюллетень НТИ ЧМ, 1986. № 24. С. 20 - 21.
22.	Шульгин Г. М. и др. Производство арматурной периодической стали методом двухручьевой прокатки - разделение / Г. М. Шульгин, И. И. Овсюк, В. И. Руденко и др. // Бюллетень НТИ ЧМ, 1985 № 17. С. 56 - 58.
23.	Якш П., Мокриш В. Новый крупносортный и заготовочный стан в г. Волгограде // Чехословацкая тяжелая промышленность, 1986. № 6. С. 28 - 32.
Глава 8.6
ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.1.	РАБОЧИЕ ЛИНИИ
Общие сведения. В сортовых станах применяют рабочие линии клетей, отличающихся друг от друга компоновкой оборудования и его конструкцией. Это линии горизонтальных клетей (рис. 8.6.1, а - г), вертикальных и чередующихся (рис. 8.6.1, д - ж).
РАБОЧИЕ ЛИНИИ
423
*)

Рве. 8.6.1. Принципиальные кинематические схемы линий рабочих клетей:
а - 3-валковой клети; б - переменной 2-валковой клети; в - двойной 2-валковой клети;
г - 2-валковой, 4-валковой и универсальной клетей; д - вертикальной; е - комбинированной; ж - блочного типа;
1 - рабочие валки; 2 - шпиндель; 3 - шестеренная клеть; 4 - редуктор; 5 - электродвигатель
424
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.1 (продолжение)
РАБОЧИЕ ЛИНИИ
425
Линии 3-валковых клетей, а также переменных и двойных 2-валковых, применяют на станах линейного типа, ще металл прокатывают в обоих направлениях без реверсирования валков. Линии такого типа в настоящее время почти не строят. Их заменили линиями с последовательным расположением клетей, в которых не требуется возвратного движения прокатываемого металла.
Клети 3-валковые применяют на новых станах малой производительности только в качестве обжимных. Однако и на этих станах, в связи с развитием электропривода, в качестве обжимных находят большее применение реверсивные 2-валковые клети, называемые также малыми блумингами. Механическое оборудование таких клетей более простое и обеспечивает возможность изменения скоростей прокатки.
Линии 2-валковых клетей наиболее распространенные. Клети с индивидуальным приводом валков применяют на всех сортовых (при последовательном расположении клетей) и непрерывных станах.
Линии 2-валковых клетей с групповым приводом используют в качестве непрерывных групп, главным образом, на мелкосортных и проволочных станах в тех случаях, когда схемы прокатки в этих группах сохраняются постоянными для всего сортамента стана. При этом если необходимо изменить направление обжатия металла, проводят скручивание металла в проводках.
Линия горизонтальной клети 530 непрерывного сортового стана 450 конструкции ВНИИМЕТМАШ-ЖДЯС (фирма Чехии) показана на рис. 8.6.2.
Привод рабочих валков 1 состоит из электродвигателя 5, муфты 4, комбинированного редуктора - шестеренной клети 3 и шпинделей 2. С целью сохранения неизменной оси прокатки передвижение клети и шпинделей при переходе с калибра на калибр
осуществляется винтовым устройством 6. При этом шлицевые хвостовики шпинделей скользят во втулках, соединенных с шестеренными валками.
Линии вертикальных клетей применяют в случае их чередования с горизонтальными клетями в непрерывных группах непрерывных или полунепрерывных станов при однониточной прокатке, где требуется изменение направлений обжатия металла и нежелательно его скручивание.
Линии вертикальных клетей устанавливают на полунепрерывных крупносортных, полунепрерывных и непрерывных среднесортных станах, а также в чистовых группах непрерывных мелкосортных и некоторых проволочных станов.
На линии вертикальной клети 730 крупносортного стана 600 (конструкция АХК ВНИИМЕТМАШ) привод валков осуществляют от четырех вертикальных электродвигателей через цилиндрическую передачу (рис. 8.6.3, а). Электродвигатели смонтированы непосредственно на редукторе и связаны между собой зубчатыми передачами. Анализ схемы привода (рис. 8.6.3, б) показывает, что вращающий момент от каждой пары электродвигателей передается на колесо первой пары, а далее суммарный момент поступает на один валок. Для связи отдельных валков и переброса при необходимости части момента с одного валка на другой используют зубчатую пару’, которая обеспечивает также синхронность вращения обоих валков.
Общая компоновка привода с четырьмя электродвигателями позволяет отказаться от конических передач, необходимых при горизонтальном расположении электродвигателей, а также уменьшить массу и высоту клети по сравнению с приводом от одного вертикального двигателя. Кассета с валками при перевалке выдвигается специальной тележкой по рельсам с помощью гидроцилиндра.
Рис. 8.6.2. Линяя горизонтальной клети 530 непрерывного среднесортного стана 450
426
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
а)
б)
Рис. 8.6.3. Линия вертикальной клети 730 крупносортного стана 600 (а) и схема привода валков (6)
РАБОЧИЕ ЛИНИИ
427
Линии комбинированных клетей применяют в непрерывных группах станов широкого сортамента, где по условиям технологии при прокатке различных профилей требуется различное расположение клети - горизонтальное или вертикальное.
Линии комбинированных клетей устанавливают на непрерывных среднесортных и мелкосортных станах, в сортамент которых входят как фасонные профили, прокатываемые без чередования направлений обжатий, так и простые (круг или квадрат), получаемые с чередованием направлений обжатий. При этом обеспечивается более полное использование оборудования стана.
Комбинированная клеть 630 черновой группы стана 450 (конструкция АХК ВНИИМЕТМАШ) приведена на рис. 8.6.4, а - в. Привод горизонтальных валков состоит из электродвигателя 7, раздаточного редуктора 2, редуктора 3, шлицевого вала 4, шестеренной клети 5 и универсального шпинделя 6; привод вертикальных валков - из тех же электродвигателя 7 и раздаточного редуктора 2, а также промежуточного вала 7, конического редуктора 8У редуктора - шестеренной клети 9 и универсальных шпинделей 10. Привод тех или иных валков выполняется переключением с помощью гидроцилиндра 77 двух соединительных зубчатых муфт 72, установленных на выходном валу раздаточного редуктора.
Горизонтальное перемещение кассет при переходе с калибра на калибр и при перевалках осуществляется реечным механизмом передвижения 73, вертикальное - механизмом подъема 14.
При горизонтальном перемещении кассеты 16 для перехода с калибра на калибр вместе с ней передвигается шестеренная клеть 5 и шпиндельное устройство 6.
При перевалке валков сменной кассеты механизмом передвижения 13 ее выводят из-под редуктора 9, а шестеренную клеть 5 и шпиндельное устройство 6, предварительно отсоединенные от механизма передвижения, оставляют в клети.
При вертикальном перемещении кассеты верхний шлицевой конец шпинделя 77 скользит внутри шлицевой втулки верхнего шарнира 18, который расположен над редуктором 9. Поэтому длина шпинделя не определяет высоты клети, что позволяет значительно опустить редуктор и сделать всю клеть более устойчивой.
Конструкция клети позволяет устанавливать кассеты, не снимая шпинделей. Так, пе
ред установкой кассеты с вертикальными валками шпиндельное устройство горизонтальных валков и шестеренная клеть 5 отодвигаются механизмом передвижения 13 в крайнее левое положение, в котором он не препятствует установке кассеты.
Перед установкой кассеты с горизонтальными валками 75 шпиндельное устройство 10 вертикальных валков с помощью гидроцилиндров 24, встроенных в корпус редуктора 9, поднимается в крайнее верхнее положение. Находясь в таком положении, шпиндели не препятствуют установке в линию кассеты с горизонтальными валками.
Рама клети 20 состоит из передней и задней замкнутых сварных стоек коробчатого сечения, соединенных в верхней и нижней частях траверсами, и стоек 22; на верхних поперечинах стоек рамы и верхней траверсе устанавливают и закрепляют комбинированный редуктор 9 привода вертикальных валков. На одной из боковых траверз устанавливается конический редуктор 8. Кассету с горизонтальными или вертикальными валками для введения в линию стана мостовым краном устанавливают предусмотренными для этого в кассете катками на рельсы 79 и с помощью механизма передвижения 13 заводят в рабочее положение. В этом положении кассета с вертикальными валками при прокатке располагается выше, чем при введении кассеты в линию. Таким образом, в рабочем положении кассета поднята механизмом подъема и ее катки не контактируют с рельсами.
Надежность опоры кассеты с горизонтальными валками на плитовину при работе обеспечивается пружинами, через которые кассета опирается на катки. При закреплении кассеты с помощью зажимов 27 пружины сжимаются, и кассета своими лапами надежно садится на плитовины 79.
Линии клетей блочного типа (или блоки клетей) применяют в однониточных непрерывных группах с чередующимися клетями. Такие линии устанавливают, главным образом, в качестве чистовых на проволочных станах и литейно-прокатных агрегатах. Блочные линии находят также применение в черновых и промежуточных группах одно- и двухниточных мелкосортных и проволочных станов.
В состав линии блочного типа могут входить как 2-валковые клети, так и многовалковые (3- и 4-валковые), с горизонтальновертикальным или наклонным чередующимся расположением валков. На рис. 8.6.5 показан чистовой 8-клетевой блок конструкции ВНИИМЕТМАШ для проволочного стана.

60№
ют
а)
Рис. 8.6.4. Комбинированная клеть 630 сортного стана 450 при работе с горизонтальными валками
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ

РАБОЧИЕ ЛИНИИ
429
б)
Рис. 8.6.4 (продолжение)
430
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.5. Чистовой 8-клетевой блок проволочного стана
РАБОЧИЕ ЛИНИИ
w
432
Глава 8 6 ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Блок состоит из восьми чередующихся рабочих 2-валковых клетей с консольными валками, расположенными под углом 45° к горизонту. Привод валков каждой клети осуществляется с помощью конической и цилиндрических зубчатых передач. Приводные валы клетей №№ 1, 3, 5 и 7 связаны между собой зубчатыми муфтами и образуют верхний трансмиссионный вал; приводные валы клетей №№ 2, 4, 6 и 8 соединены аналогично и образуют нижний трансмиссионный вал. Верхний и нижний трансмиссионные валы приводятся во вращение электродвигателем через распределительный редуктор.
Рабочие клети одинаковы по конструкции за исключением конструкции конических пар, обеспечивающих требуемое соотношение передаточных чисел при групповом приводе с учетом принятой калибровки и прокатки с натяжением. Все клети установлены жестко на общей раме блока таким образом, что оси рабочих калибров валков всех клетей совпадают.
Основные преимущества блочных линий следующие:
прокатка в одну нитку без скручивания полосы;
групповой привод клетей, рассчитанный на прокатку с натяжением;
расположение клетей в общей раме на малом расстоянии друг от друга;
уменьшены габаритные размеры и масса отдельных (особенно вертикальных) клетей в результате применения бесшпиндельных приводов клетей и устранения передвижения клетей при переходе с калибра на калибр.
8.6.2.	РАБОЧИЕ КЛЕТИ
Классификация клетей. Рабочие клети по числу и расположению валков подразделяют на следующие типы: 2-, 3- и 4-валковые, универсальные и многовалковые; по конструкции -на станинные ненапряженные, станинные предварительно-напряженные, бесстанинные ненапряженные, бесстанинные предварительно-напряженные и моноблочные с консольным и двухопорным расположениями валков.
Клеть 2-валковая. Станы с этими клетями наиболее распространены. Клети 2-валковые по своей принципиальной схеме подразделяют на следующие виды: переменные (см. рис. 8.6.1, 0, двойные (см. рис. 8.6.1, в), горизонтальные и вертикальные.
Переменные 2-валковые клети и двойные применяют на малопроизводительных станах линейного типа при прокатке с изменением направления движения металла после каждого пропуска.
Переменные 2-валковые клети используют также в виде ряда 2-клетьевых линий, расположенных последовательно, на так называе
мых непрерывно-петлевых станах, изготовляемых шведской фирмой "Моргадехаммар". Применение 2-клетевых линий позволяет вести прокатку почти без роста петель между клетями в линии, благодаря подбору соответствующего соотношения диаметров валков.
Клеть 3-валковая - клеть с тремя горизонтальными валками, расположенными в одной вертикальной плоскости (см. рис. 8.6.1, а).
Регулировка раствора валков осуществляется перемещением верхнего и нижнего валков нажимными винтами при нерегулируемом среднем валке. В этих клетях металл прокатывается в обоих направлениях поочередно в верхнем и нижнем горизонтах. Для передачи металла из одного горизонта в другой используют подъемно-качающиеся столы, оснащенные рольгангами, манипуляторами и кантователями. Иногда подъемно-качающиеся столы устанавливают только с одной стороны клети для передачи раската из нижнего горизонта в верхний. Передача раската из верхнего горизонта в нижний осуществляется свободным падением с подачей раската в требуемый калибр фасонными направляющими линейками.
Трехвалковые клети применяют в качестве черновых и предчистовых на рельсобалочных и крупносортных станах, а также в качестве обжимных клетей на малопроизводительных средне- и мелкосортных станах.
Клети 4-валковые с двумя рабочими и двумя опорными валками применяют, главным образом, в непрерывных штрипсовых станах. По своей конструкции они аналогичны 4-валковым клетям полосовых станов горячей прокатки.
Известно применение опорных валков в 4-валковых клетях для горячей калибровки сортового проката. Ограниченное применение этих клетей для сортовых станов объясняется невозможностью существенного уменьшения диаметров валков по условиям захвата раската, а также повышением жесткости более простым способом в результате сокращения длины бочки валков и применения клетей более жесткой конструкции.
Универсальную клеть с двумя приводными горизонтальными и двумя неприводными вертикальными валками, расположенными в одной плоскости с горизонтальными, применяют для прокатки двутавровых балок, шпунтов, швеллеров и рельсов в универсальных балочных, рельсобалочных, крупносортных и среднёсортных станах.
На рис. 8.6.6, а приведена компактная универсальная клеть типа SC фирмы SMS, которая состоит из станины и установленных в ней плоских направляющих с подушками горизонтальных и вертикальных валков. В отли
РАБОЧИЕ КЛЕТИ
433
чие от крепления подушек обычной клети каждую подушку универсальной клети крепят болтами к своей подвижной поперечине 2, соединяющейся со станиной 6 двумя серьгами 3 и привозными от шестерен эксцентриковыми валамишарниров 5. Грубое радиальное регулирование валков осуществляют прокладками, установленными между основанием подушки и подвижной поперечиной, тонкое -с помощью эксцентриковых валов, соединяющих серьгу с подушкой. Клети SC можно использовать так же, как и 2-валковые клети (рис. 8.6.6, б). Для этого демонтируют вертикальные валки, устанавливают новые горизонтальные и добавляют дополнительные прокладки.
Основные отличия клетей - небольшая высота и повышенная радиальная жесткость. Для измерения силы прокатки в серьги встроены тензометрические датчики. Разборку
клети проводят с помощью осей, устанавливающихся гидроцилинцром 2.
Универсальной клетью называют также клеть с двумя или тремя приводными горизонтальными валками и двумя приводными вертикальными валками, расположенными за горизонтальными. Такую клеть применяют в качестве чистовой на некоторых линейных станах для прокатки сортовых профилей с повышенной точностью. Вертикальные валки являются калибрующими.
На рис. 8.6.7 приведена универсальная предварительно-напряженная клеть ПНК-35ОУ1 конструкции ВНИИМЕТМАШ, узел вертикальных валков которой крепят непосредственно к подушкам горизонтальных валков. Такой узел перемещается как по вертикали, так и по горизонтали вдоль оси валков для установки против любого калибра.
Ряс. 8.6.6. Универсальная компактная клеть типа SC фирмы SMS: а - собрана универсальная клеть; б - собрана 2-валковая клеть
434
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рве. 8.6.7. Ушверсалышя предмрательао-аапряжеиш клеть ПНК-350У1
Многовалковая клеть имеет более двух валков, образующих один калибр (обычно три или четыре валка). Многовалковые клети обеспечивают более всестороннее обжатие по сравнению с 2-валковыми, в результате чего повышается возможность вытяжки и уменьшается уширение металла. Такие клети применяют в литейно-прокатных агрегатах для производства заготовок, простых сортовых профилей и катанки из черных и цветных металлов, в качестве промежуточных и чистовых клетей на проволочных станах, в качестве калибрующих клетей на сортовых станах.
Недостатки многовалковой клети: низкая стойкость из-за наличия одного калибра, отсутствие радиального и осевого регулирования, сложность конструкции, трудоемкость смены валков, меньшая нагрузочная способность при тех же диаметрах валков.
На рис. 8.6.8 показана 3-валковая клеть проволочного стана конструкции ВНИИМЕТМАШ.
Основные конструкции рабочих клетей. Станинные ненапряженные клети имеют валки, смонтированные в подушках, установленных в проемах станин. Раствор валков регулируют обычно с помощью нажимных винтов. Клети этой конструкции
получили наиболее широкое распространение, их применяют практически во всех сортовых станах.
На рис. 8.6.9 приведена 2-валковая клеть 420 полунепрерывного среднесортного стана 350 (конструкция ВНИИМЕТМАШ) со станинами открытого типа. Крышки станин крепят с помощью цилиндрических пальцев, соединяющих проушины крышки и станины, с последующим их расклиниванием. На крышке станины расположен механизм установки верхнего валка с независимым приводом нажимных винтов, рассчитанным на работу во время прокатки.
Верхний валок уравновешивается с помощью пружин и траверзы, на которой подвешены подушки. Механизм установки нижнего валка имеет нажимные винты такой же конструкции, что и верхний, но привод их ручной, через одноступенчатые червячные редукторы. Этим механизмом устанавливают нижний валок по оси прокатки. Опорами рабочих валков служат подшипники жидкостного трения.
Осевое регулирование верхнего валка осуществляют рычажным механизмом. Нижний валок в осевом направлении закрепляют с помощью прижимных планок. Этот валок ретулировки не имеет.
РАБОЧИЕ КЛЕТИ
435
Рве. 8.6.8. Конструкция 3-валковой клети проволочного стаяв:
1 - ось', 2, 8, 12 и 15- подшипники; 3, 5 и 7- корпуса подшипников; 4 к 11 - соответственно рабочая клеть и корпус валка; 6 и 13 - конические передачи; 9 - втулка; 10 - вал; 14 - уплотнительное кольцо; 16 - корпус клети
Рис. 8.6.9. Рабочая 2-валковая клеть 420 полунепрерывного среднесортного стяня 350:
1 - эдуктор, 2 - валки; 3 - рукоятка установки оси проката; 4 - станина клети
436
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Основные недостатки станинных клетей -низкая радиальная и осевая жесткости из-за большого числа деталей и контактных пар, передающих силу прокатки; ограниченная скорость прокатки из-за наличия шпинделей, работающих с переменной скоростью, и нежестко зафиксированных подушек (что особенно важно для чистовых клетей мелкосортных и проволочных станов).
Станинные предварительно-напряженные клети отличаются от станинных ненапряженных тем, что подушки каждой стороны валков сжаты между собой силой, превышающей наибольшую силу реакции опоры при прокатке.
На рис. 8.6.10 приведена схема клети с симметричным относительно оси прокатки регулированием раствора «валков.
Полые нажимные винты 1 установлены в гайках 2 и через шлицевые соединения 3 приводят дистанционные винты 4, которые установлены в гайках 5.
Постоянство оси прокатки при регулировании раствора валков обеспечивается тем, что шаг резьбы нажимных винтов вдвое меньше шага резьбы дистанционных винтов и направление нарезки на винтах противоположное.
Рве. 8.6.10. Станянная предварительно-напряженная клеть с симметричной относительно осн прокатки регулировкой раствора валков
Недостатки этих клетей - некоторое усложнение механизма регулирования раствора валков, отсутствие, кинематической связи между нажимными винтами одной подушки при перевалках, затрудненная самоустановка подушек при прокатке.
Бесстанинные ненапряженные клети состоят из валков с подушками, связанных между собой с помощью винтов и рычагов. Типичной клетью этого типа является клеть среднесортного стана 450 фирмы ЖДЯС (Чехия). Клеть (рис. 8.6.11, а) состоит из двух верхних и двух нижних подушек с валками, соединенных между собой четырьмя установочными винтами с гайками. В цилиндрические отверстия с горизонтальной осью на расширенных боковых сторонах подушек 2 (рис. 8.6.11, 6) вставляются гайки 3, а в нижних подушках - вкладыши 4 с упорными подшипниками 6 и уплотнениями 5. Четыре установочных винта 7, соединяющие подушки посредством гаек и вкладышей совместно с подушками передают усилие прокатки. При этом получается малый контур деформации. Благодаря цилиндрической форме гаек и вкладышей при прогибе валков во время прокатки достигается хорошая самоустановка подушек с подшипниками жидкостного трения.
Все зазоры в элементах, передающих усилия прокатки, включая подшипники валков, выбирают распорными гидроцилиндрами (см. рис. 8.6.11, а). Суммарная сила на распорных гидроцилиндрах в 5 раз превышает вес уравновешиваемых деталей. Необходимость применения распорного устройства показывает анализ диаграмм жесткости клети 550 без распора валков и с их распором (рис. 8.6.11, в).
В бесстанинной ненапряженной клети станину заменяют рамой, являющейся опорой для подушек и не воспринимающей силу прокатки. Регулирование раствора валков осуществляют, вращая винт 7 от механизма установки, смонтированного на раме, через зубчатый шпиндель. Рама служит также опорой при осевом регулировании валков, для крепления проводковой арматуры, разводки системы энергоносителей, установки домкратов уровня прокатки, катков для передвижения и других узлов. Смену валков выполняют на стенде, раздвигая правую и левую пары подушек и полурам.
Клети аналогичной конструкции строит шведская фирма "Моргадсхаммар". По радиальной жесткости эти клети не уступают предварительно-напряженным.
Основные недостатки клетей: трудоемкость разборки клети при перевалке валков;
необходимость в специальном устройстве для выбора зазоров в местах контакта деталей, воспринимающих силу прокатки, что усложняет обслуживание клети.
РАБОЧИЕ КЛЕТИ
437
Рве. 8.6.11. Бесстанинная ненапряженная клеть 550 непрерывного среднесортного стана 450: а - общий вид; б - разрез по нажимным винтам; в - диаграмма жесткости клети: 1 - без распора валков; 2-е распором валков
438
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Бесстанинные предварительно-напряженные клети состоят из валков с подушками, сжатыми между собой стяжными болтами или тягами с силой, обеспечивающей предварительное напряжение системы. Применяют также клети с жесткой и плавающей затяжками блока подушек.
Клети с жесткой затяжкой блока подушек (рис. 8.6.12). При такой конструкции клетей подушки валков, основание и траверза сжаты между собой стяжными болтами и гидрогайками. В основании, имеющем лапы для крепления к подвижной плите, стяжные болты фиксируются чеками, а гидрогайки упираются в траверзу, имеющую специальные захваты и снимаемую вместе со стяжными болтами, проходящими свободно в отверстия подушек при смене валков.
Точную фиксацию верхних подушек на траверзе и нижних подушек на основании, необходимую для получения соосности расточек под подшипники, осуществляют полыми втулками-штифтами, запрессованными в траверзу и основание. Свободную взаимную фиксацию узлов верхнего и нижнего валков проводят с помощью полых штифтов, являющихся одновременно патрубками для слива масла из верхних подушек в нижние.
В верхнем валке для точного радиального регулирования применяют эксцентриковые втулки, в нижнем валке предусмотрено осевое регулирование. Грубую радиальную регулировку осуществляют прокладками, устанавливаемыми между верхними и нижними подушками. Выверку положения валков относительно оси прокатки по высоте проводят с помощью прокладок между нижними подушками и основанием.
В опорах валков использованы подшипники жидкостного трения (ПЖТ). При вращении эксцентриковых втулок размещенные в них втулки-вкладыши ПЖТ остаются неподвижными, вследствие чего смазочные карманы не меняют своего положения относительно линии действия нагрузок.
В приводе эксцентриковых втулок используют червячные передачи. Червяки первых ступеней передач правой и левой сторон связаны между собой валиком, обеспечивающим синхронный поворот обеих эксцентриковых втулок от маховичка, установленного на валу червяка с неприводной стороны клети. Для контроля за раствором валков на верхней подушке с неприводной стороны клети предусмотрен лимб.
Осевое регулирование нижнего валка осуществляют червячно-винтовым механизмом, гайкой которого является червячное колесо. Регулирование проводят поворотом горизонтального червяка, расположенного со
стороны обслуживания. При этом нажимной винт перемещает корпус гидростатического подшипника, а вместе с ним - валок. Для контроля осевого регулирования механизм снабжен лимбом со стрелкой.
Клети с жесткой затяжкой блока подушек, широко применяемые на сортовых станах, имеют радиальную и осевую жесткости в 3-4 раза большие, чем жесткости станинных ненапряженных клетей, а массу - в 2 - 3 раза меньшую.
Клети с плавающей затяжкой блока подушек отличаются тем, что их подушки стянуты с постоянной силой затягивания, не меняющейся при прокатке, что обеспечивается обычно гидроцилидрами постоянного давления, соединенными с аккумуляторами. Это позволяет: упростить конструкцию (устранить гидрогайки, дифференциальную систему винтов), облегчить перевалку и предохранить клети от возросших до аварийных сил прокатки.
К таким клетям относится предварительно-напряженная клеть 420 конструкции ВНИИМЕТМАШа (рис. 8.6.13), которая состоит из основания 2, нижних и верхних фиксирующих и свободных подушек 2, 5, 9 и 12 и рабочих валков 8.
Предварительное напряжение блока подушек создается с помощью постоянно действующих гидроцилиндров затяжки 13. Их штоки 14 пропущены через подушки и зафиксированы на крышках верхних подушек клети закладными чеками 21.
Регулирование раствора валков проводят, перемещая верхние подушки палыми дистанционными винтами 17, которые вращаются в гайках 16 от привода, размещенного на шестеренной клети. Двухступенчатый редуктор привода состоит из червячных колес 20 и 22, а также цилиндрических колес 19 и 23. Колеса 19 цилиндрических передач связаны с дистанционными винтами через шлицевое соединение 18. Дистанционные винты опираются на подпятники 15, установленные в расточках нижних подушек. Предусмотрено совместное и раздельное вертикальное перемещение верхних подушек. В последнем случае расцепной механизм 6 разъединяет полумуфты кулачковой муфты 7.
Нижние подушки фиксируются относительно основания клети на горловинах гидроцилиндров, верхние подушки - относительно нижних направляющих лапами 11, которые входят в пазы 10 верхних подушек. На направляющие лапы нижних подушек в пазы навешивают брусья вводной и выводной проводко-вой арматуры.
Осевое регулирование валков выполняют рычажно-винтовым механизмом 4, размещенным со стороны обслуживания.
РАБОЧИЕ КЛЕГИ
439
0
Рис. 8.6.12. Бесстанинная предварительно-напряженная клеть с валками на подшипниках жидкостного трения
440
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рве. 8.6.13. Бесстанвишш предварительно-напряженная клеть ПНК-420
Механизмы осевой регулировки верхнего валка смонтированы на стойках 5, отлитых заодно с нижней фиксирующей подушкой, что должно исключать влияние зазоров в направляющих подушек на осевую настройку валков.
Опорами валков служат самоустанавли-вающиеся ПЖТ высокой нагрузочной способности (см. рис. 8.6.34).
Недостатки бесстанинных предварительно-напряженных клетей ПНК-420:
трудоемкость перевалки валков;
сложная конструкция самоустанавли-вающихся ПЖТ, несколько снижающих жесткость клети.
На рис. 8.6.14 показана клеть 335 того же типа. Плавающая гидравлическая затяжка блока подушек аналогична затяжке блока клети 420. Учитывая, что на стане раствор валков регулируют в паузах между отдельными заготовками, в гидросистеме предусмотрено автоматическое снятие предварительного напряжения клети во время регулирования, что позволяет упростить конструкцию привода дистанционных винтов.
Опорами валков являются двухрядные самоустанавливающиеся роликоподшипники широкой серии повышенной нагрузочной способности, которые установлены на конических шейках валков с натягом.
В отличие от рассмотренных ранее клетей, в этой клети имеются клиновые устройства 7, предназначенные для выбора зазоров в
направляющих подушек; осевую настройку валков осуществляют, перемещая только верхний валок, причем жесткость этого механизма увеличена.
Для повышения надежности работы упорного подшипника 2 стакан 5, в котором он смонтирован, может перемещаться в вертикальном направлении. Основание клети 5 выполнение с вертикальным разъемом 4, необходимым для смены валков на специальном стенде без разборки блока подушек (конструкцию стенда см. на рис. 8.6.64).
Преимущества клети ПИК-335:
перевалку и настройку осуществляют без разборки блока подушек на специальном стенде, что значительно снижает трудоемкость операции;
упрощен и выполнен более жестким механизм осевой установки валков;
обеспечена самоустановка упорных подшипников, что способствует повышению их работоспособности.
Недостатки клети:
в лопастях и шейках валков необходимо предусматривать глубокие отверстия для гид-рОзапрессовки подшипников, что удорожает валки;
применение посадки с натягом подшипников усложняет смену валков на стенде;
недостаточная нагрузочная способность радиальных подшипников валков.
РАБОЧИЕ КЛЕТИ
441
Рис. 8.6.14. Бесстанинная предварительно-напряженная клеть ПНК-335
В моноблочных клетях опоры рабочих валков установлены непосредственно в расточках корпуса (станины) без подушек. Применяют такие клети, главным образом, в качестве многовалковых (при 2-опорных валках) или 2-валковых (при консольном расположении валков).
Особенности клетей этого типа - монолитный корпус, а также полное отсутствие регулирования раствора валков либо регулирование с помощью эксцентриковых втулок.
Примером моноблочной многовалковой клети является * 3-валковая клеть чистового блока проволочного стана, приведенная на рис. 8.6.8. Клеть выполнена с разъемным корпусом и консольным расположением конических шестерен. Радиальное и осевое регулирование валков отсутствуют. Перешлифовку валков на больший калибр осуществляют в сборе с клетью на специальном станке.
На рис. 8.6.15 показана рабочая 2-валковая клеть 160 чистового блока проволочного стана конструкции ВНИИМЕТМАШ. Рабочие валки в виде колец из твердого сплава, имеющие два калибра, установлены консольно на валах, которые опираются на ПЖТ. Осевую нагрузку воспринимают радиальноупорные шарикоподшипники. Валы валков с подшипниками смонтированы в эксцентриковых втулках, установленных в неразъемном корпусе клети.
Симметричность раствора валков относительно оси прокатки регулируют поворотом эксцентриковых втулок реечно-винтовым механизмом. Осевое регулирование валков отсутствует.
Валок надевают до упора в торец и напрессовывают на конусную шейку вала через промежуточную втулку специальным гидравлическим устройством. Сила прессования должна обеспечивать передачу момента прокатки трением. При износе калибра валки переставляют другим торцем, и рабочим становится второй калибр.
На валах валков монтируют шестерни, которые находятся в зацеплении с двумя другими шестернями, соединенными между собой и установленными на подшипники в расточках корпуса клети. На валу нижней шестерни насажено коническое колесо, зацепляющееся с шестерней трансмиссионного вала клети.
Ведущие цилиндрические шестерни устанавливают на конические шейки валов, чтобы обеспечить возможность сборки в монолитном корпусе клети. Установку и съем шестерен выполняют специальными гайками, закрепленными на шестернях.
Преимущества описанных выше 2-валковых клетей 160 проволочного стана:
малые габаритные размеры и удобство компоновки непрерывных групп с чередующимися клетями;
442
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.15. Моноблочная 2-валковая клеть 160 чистового блока проволочного стана
возможность их применения для высоких скоростей прокатки - отсутствуют шпиндели и подушки - источники вибрации;
удобство смены валков без замены клетей.
Недостатки клетей:
малый срок службы валков из-за наличия одного - двух калибров, что требует применения высокостойких материалов валков (например, твердых сплавов), увеличивающих эксплуатационные расходы;
их жесткость ниже по сравнению с жесткостью клетей с 2-опорными валками;
ограничение размера клети возможностью изготовления конических передач.
8.6.3.	ВАЛКИ
Размеры валков. Номинальный диаметр бочки является основным параметром валков сортовых станов.
Диаметры D и соответствующие им длины L бочек горизонтальных валков для вновь проектируемых 2- и 3-валковых клетей обжимных, заготовочных и сортовых станов, регламентированные ГОСТ 5399-69, приведены в табл. 8.6.1. При этом D (рис. 8.6.16) -номинальный диаметр бочки нового неперето-ченного гладкого валка и валка с открытыми профилированными ручьями или минимальное межосевое расстояние между новыми не-переточенными валками с закрытыми ручьями (калибрами).
Размеры шеек валков под подшипники скольжения и ПЖТ (см. рис. 8.6.16, а и в) соответственно по табл. 8.6.2 и 8.6.3.
в)
Рис. 8.6.16. Основные размеры валков, опорами которых являются подшипники: а - скольжения; б - качения; в - жидкостного трения; 2,5 - 5 мм
8.6.1. Диаметры и длины бочек валков обжимных, заготовочных и сортовых станов по ГОСТ 5399-69
Длина L бочки валка, мм	Диаметры D валков, мм																				
	250 260 280	300	320	340	360 380	400	420	450	480 500 530 560	600	630	670 710	750 800	850 900	950 1000	1060 1120	1180 1250	1320	1400 1500	1600	
200	+	+	+																		
320	+	+	+																		
400	+	+	+	+	+	+															
500	+	+	+	+	+	+	+	+													
630	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+											
710	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+									
800	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+							
900	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+						
1000	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+				
1120		+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+				
1250			+	+	+	+	+	+	+	+	+	. .+	+	+	+	+	+	+	+		
1400			+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	
1600					+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	
1800						+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	
2000								+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	
2240										+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+	
2500												+	+	+	+	+	+	+	+	+	
2800														+	4-	+	+	+	+	+	
3150																	+	+	+	+	
3550																			+	+	443
444
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.2. Размеры (мм) шеек валков под подшипники скольжения по ГОСТ 5399-69
di	Л	г	di	Л	г	di	Л	г
150	170	20	320	360	35	560	630	55
160	180	20	340	380	35	600	670	60
170	190	20	360	400	40	630	710	60
180	200	20	380	420	40	670	750	65
190	210	20	400	450	40	710	800	75
200	220	20	420	450	40	750	850	75
220	240	25	440	480	45	800	850	80
240	260	25	460	500	50	850	900	80
260	280	30	480	530	50	900	950	85
280	300	30	500	560	50	950	1000	85
300	340	*35	530	600	55	-	-	-
8.6.3. Размеры (мм) шеек валков под ПЖТ по ГОСТ 5399-69
				*3
	Отношение длины к диаметру подшипника			
	0,6	0,75	0,9	
120	120	120	-	40
160	150	150	-	40
170	160	160	-	45
190	190	190	-	45
220	210	210	-	50
240	-	230	-	55
260	-	240	-	60
280	-	250	-	65
310	-	270	330	70
350	-	300	360	80
390	-	340	400	90
430	-	380	455	100
480	-	420	510	ПО
530	-	450	530	ПО
570	-	490	595	ПО
630	-	540	650	ПО
710	-	600	710	120
760	-	640	750	120
800	-	710	840	125
890	-	780	930	125
1000	-	860	1020	130
1050	-	930	1110	135
ВАЛКИ
445
Диаметры ^2 (см. Рис- 8.6.16, б) шеек валков под подшипники качения выбирают из следующего ряда, мм: 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200, 220, 240, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 440, 460, 480, 500, 530, 560, 600, 630, 670, 710, 800, 850, 900, 950.
Длины шеек валков под подшипники качения, а также размеры шеек под подшипники качения с коническим отверстием стандартом не устанавливаются. Их принимают в соответствии со схемой установки и размерами подшипников. То же относится к размерам и форме приводных концов валков.
Рабочий диаметр валков выбирают с учетом допустимого угла захвата а. Наиболее часто используют максимальные углы захвата а = 22 - 24° при прокатке сортового металла. В' зависимости от размера угла рабочий диаметр валка должен удовлетворять условию:
Dp £ ——— или Dp £-------------—----,
р 1-cosa	р 0,07-0,09
(8.6.1)
где ДА - обжатие.
Отношение номинального диаметра бочки к рабочему диаметру (диаметру по дну ручьев) принимают не более 1,4 во избежание слишком большого снижения прочности.
Отношение длины бочки к ее диаметру (L/D) выбирают следующим:
2,2 - 3,0 для черновых клетей;
1,2 - 2,0 для чистовых клетей.
Окончательно длину бочки уточняют, исходя из наивыгоднейшего размещения ручьев. На современных станах с целью повышения жесткости клетей принимают меньшие значения отношений L/D.
Диаметр шейки выбирают из соотношения
(0,5 - 0,7)D.
Приводные концы валков выполняют с учетом способа соединения валка с приводом. Наиболее распространены концы валков трефовой формы и с двумя лысками.
Трефовые концы валков (рис. 8.6.17) выполняют по размерам, приведенным в табл. 8.6.4. При этом наружный диаметр трефа обычно принимают следующим:
= (0,95 - 0,98)J.
Рис. 8.6.17. Трефовый конец валка
8.6.4. Размеры (мм) трефов прокатных валков (обозначения размеров см. на рис. 8.6.17)
d	dl	h		b\	n
140	88,9	90	100	50	22
150	100,9	95	110	55	28
160	109,6	105	120	60	30
180	120,0	115	130	65	34
200	135,8	130	150	75	36
220	149^9	140	160	85	36
240	160,3	155	175	90	40
260	171,5	170	200	95	45
280	184,4	185	215	100	52
300	196,4	195	225	105	58
320	207,7	210	240	110	63
340	219,3	225	255	120	60
370	235,6	245	275	130	65
390	251,7	260	290	140	65
420	274,2	275	305	150	75
450	294,6	295	325	160	85
Примечание. d\ = d - (5 - 10) мм.
446
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Максимальные напряжения кручения (МПа) возникают на дне впадин трефа и для его обычной формы (см. рис. 8.6.17) равны:
Ткр = оЙ'£1Тк‘’1’	(8’6'2)
где АГвр - вращающий момент, МН * м; d\ - в метрах.
Концы валков с двумя лысками (рис. 8.6.18) получили наибольшее распространение и применяются как для вновь создаваемых, так и для реконструируемых станов (в случае возможности замены трефовых муфт), благодаря простоте изготовления и прочности. Рекомендуемые соотношения размеров:
t = (0,7 - 0,8)*/.
Расчет конца валка с лыской на кручение выполняют как для прямоугольника с высотой t:
(8.6.3) р/3
где т - в МПа; £ - коэффициент, равный 0,291 при -4 = 0,7 и 0,235 при = 0,8. а	а
Допускаемые напряжения для материала валков приведены в табл. 8.6.5.
Материал валков. Для изготовления валков используют как сталь, так и чугун. Механические свойства сталей для валков приведены в табл. 8.6.6 и 8.6.7; исполнения и группы чугунных валков, а также размеры их бочек - в табл. 8.6.8 и 8.6.9; химический состав чугунов и твердость поверхности валков некоторых исполнений - в табл. 8.6.10; механические свойства чугунов, а также их относительные характеристики - в табл. 8.6.11 и 8.6.12. Для удобства пересчета твердости поверхности валков можно использовать табл. 8.6.13.
Рис. 8.6.18. Конец валка с двумя лысками
А-А
8.6.5. Допустимые напряжения материала валка
Материал	Способ		[«]	1хкр]
валка	получения валка	МПа		
Углеродистая сталь	Ковка	600 - 650	120 - 130	80
	Литье	500 - 600	100 - 120	60 - 70
Легированная сталь: 55Х, 60ХН и др. заэвтекгоцдная 90ХФ и др.	Ковка Литье	680 - 720 900 (с учетом термообработки)	135 - 145 160	90 100
Легированный чугун: шаровидный пластинчатый	Литье Литье	400 - 550 400 - 500	80 - 100 80 - 100	50 - 60 50
8.6.6. Марки и механические свойства сталей для кованых валков обжимных и сортовых станов
Марка	Gj, не менее	ов	8		KCV,	Твердость НВ	Назначение
стали	МПа		%		МДж/м2	поверхности бочки валка	валков
50	-	580	12	-	0,2	179 - 229	Для блумингов, обжимных и черновых клетей крупносортных станов
55	-	620	10	-	0,25	201 - 255	Для блумингов, обжимных и черновых клетей рельсобалочных, крупно-, средне- и мелкосортных станов
55Х	350/500	650/780	8/10	30/35	-	228 - 277 255 - 293	То же
60ХГ	380/520	680/800	8/9	25/30	0,3/0,35	235 - 285 269 - 302	Для обжимных и черновых клетей рельсобалочных, крупно-, среднесортных станов
40ХН	560	760	9	35	0,4	255 - 285	Для обжимных и черновых клетей крупносортных станов
50ХН	430/600	750/820	8/10	33/35	0,3/0,35	235 - 277 255 - 285	Для блумингов, обжимных и черновых клетей рельсобалочных, крупно- и среднесортных станов
60ХН	500/830	800/840	8/10	33/35	0,3/0,35	255 - 28.5 269 - 302	Для блумингов, обжимных и черновых клетей рельсобалочных и крупносортных станов
9Х	-	690	-	-	-	352 - 429	Для черновых клетей проволочных станов
Примечания:
1. Механические свойства и твердость указаны после термической обработки.
2. Цифры, указанные в числителе, относятся к валкам, прошедшим нормализацию и отпуск, в знаменателе - прошедшим закалку и отпуск.
ВАЛКИ
£
448
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.7. Марки и механические свойства сталей для литых валков сортовых станов, установленных на отечественных заводах
Марка стали	ов, МПа	5, %	Твердость НВ поверхности бочки валка	Вид термической обработки	Назначение валков
50Л	600	15	220 - 250	Нормализация и отпуск	Для обжимных и черновых клетей сортовых станов
70Л	400	6	230 - 260		Для черновых и пред-чистовых клетей сор-товых станов
У10	700 - 1100	1,5 - 8,0		Без термообработки	
У12			241 - 285	Нормализация и отпуск	
90ХФ	950	10			
150ХНМ	450 - 650*	-	260 - 330	Двойная нормализация с отжигом	
180СХНМ	450 - 600*		320 - 350	Низкотемпературный отжиг при 650 °C	Для предчистовых и чистовых клетей крупносортных и рельсобалочных станов
* Временное сопротивление изгибу.
8.6.8. Исполнения чугунных сортовых валков и характеристики использованных для их изготовления чугунов
Исполнение валков	Характеристика чугуна
СП	Нелегированный с пластинчатым графитом
СШ	Нелегированный с шаровидным графитом
СПХН	Легированный с пластинчатым графитом
СШХН	Легированный с шаровидным графитом
Примечание^ условном обозначении использования валка С - сортовой прокат (получаемая продукция); П и Ш - соответственно пластинчатый и шаровидный графиты; X -хром; Н - никель.
8.6.9. Группы валков и соответствующие им размеры бочек валков
Группа валков	Размеры бочек валков, мм	
	Диаметр	Длина
V	401 - 650	800 - 1800
VI	До 400	400 - 1200
VII	951 - 1300	1500 - 3000
VIII	801 - 950	1000 - 2800
IX	801 - 950	900 - 2400
15 Зак IOS
8.6.10. Твердость поверхности бочки валков и химический состав чугунов валков
Группа валка	Исполнение валка	Класс материала	HSD*2	Химический состав чугуна валка, % (мае. доля)					
				С	Si	Ми	S	Сг	Ni
				Не более					
VI	СПХН-65*1	А	65 - 74	3,90	0,60	0,80	0,16	0,20 - 0,70	1,70 - 2,50
V, VI	СПХН-59		59-66		1,00			0,60 - 1,20	
V, VI	СПХН-51		51 - 58		0,70			0,40 - 1,00	0,70 - 1,4
	СПХН-43	Б	43 - 50		1,50				
VII, VIII, IX	СПХН-49	А	49-59	3,40	1,20		0,10	0,60 - 1,20	
VII, VIII, IX	СПХН-45		45 - 55					0,40 - 1,00	0,70 - 1,20
V, VI	СШХН-50	А	50 - 60	3,90	1,40	0,20	0,02	0,20-0,60	0,80 - 1,40
	СШХН-42	Б	42 - 49		1,80	0,70			
IX	СШХН-47	А	47 - 56	3,40	1,80				1,00 - 1,60
	СШХН-39	Б	39 - 46		2,50			До 0,40	
VII, VIII	СШХН-41	А	41 - 50						
Цифра соответствует нижнему пределу твердости поверхности бочки валка.
*2 Твердость по Шору.
Примечание. Содержание Р в материале валков всех групп - не более 0,3 %.
8.6.11. Механические свойства чугунов* валков
Исполнение	°в.р	°в.сж	°и	KCV,	3S,	No  10-*					Ф	Фк
валка	МПа			кДж/м2	%	циклов			МПа			
СШХН-41	570	2060	900	0,410	5,3	3,5	2	-0,65	260	1480	90	45
СПХН-50	300	1640	480	0,036	0,3	1,6	1,2	-0,70	170	1140	30	25
СПХН-45	330	1330	470	0,039	0,2	3,5	1	-0,68	155	990	25	25
* По результатам испытаний образца диаметром 20 мм.
Примечание. Nq - базовое число циклов напряжения; \|/ст - коэффициент чувствительности к асимметрии цикла; - коэффициент концентрации напряжений в области ограниченной долговечности; <р и Фк - параметры, характеризующие угол наклона кривой усталости для валков без концентраторов напряжений и при их наличии.
8.6.12. Отношения прочностных и усталостных характеристик валковых чугунов к пределу их прочности при растяжении
Исполнение валка	Sa НВ		5в.сж ов		.ча
СШХН-41	0,18	1,57	3,6	0,46	2,6
СШХН-50	0,08 ’	1,60	5,4	0,57	3,8
СПХН-45	0,18	1,42	4,0	0,47	3,0
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
ВАЛКИ
451
8.6.13. Значения твердости поверхности валков, определенные различными методами
	Твердость по	Твердость по •		Твердость по	Твердость по
	Бринеллю НВ	Роквеллу HRC		Бринеллю НВ	Роквеллу HRC
Твердость по Шору	Натру:	жа, кН	Твердость по Шору	Натру:	жа, кН
	30,0	1,5		30,0	1,5
32	200	13	62,5	428	45,5
33	208	14	63	432	46
34	215	17	64	440	47
35	222	19	65	448	48
36	228 •	20	66	456	49
37	235	21	66,5	460	-
38	242	23	67	464	49,5
39	248	24	68	473	50
40	255	25	68,5	477	50,5
41	262	26	69	481	51
42	270	27	70	489	51,5
43	278	28	71	497	52
44	285	29	72	506	53
45	293	30	73	514	53,5
46	300	31	74	522	54
47	307	32	75	530	54,5
47,5	311	32,5	76	538	55
48	315	33	77	547	56
49	322	34	78	555	57
50	330	35	79	563	58
51	337	36	80	571	58,5
51,5	341	36,5	81	580	59
52	345	37	82	588	59,5
53	351	38	83	597	60
54	359	39	84	605	61
54,5	363	-	85	642	61,5
55	367	39,5	86	620	62
56	375	40	87	627	62,5
57	383	41	88	636	63
57,5	387	41,5	89	644	64
58	391	42	90	653	64,5
59	399	43	94	682	66
60	407	43,5	98	712	68
61	415	44	102	745	70
62	424	45 1	|	106	780	72
15*
452
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Основные требования, предъявляемые к валкам, - их износостойкость и прочность. По износостойкости наилучшими в большинстве случаев являются чугунные валки, по прочности - стальные. В среднем стойкость чугунных валков в 1,5 - 2,0 раза выше стойкости стальных, а стоимость примерно вдвое ниже. Поэтому в зависимости от условий работы стальные валки применяют только там, где прочность чугунных валков оказывается недостаточной - главным образом, в черновых и тяжело нагруженных предчистовых клетях.
Стойкость валков колеблется в достаточно широких пределах и зависит от многих факторов. Средние данные по стойкости валков, необходимые для предварительных расчетов, приведены в табл. 8.6.14 - 8.6.17.
Валки в виде колец консольного типа (табл. 8.6.18), применяемые в клетях прово-
лочных станов, изготовляют из сплавов 300X15, 250Х24ВЗТ, а также из твердого сплава типа ВК-8 ГОСТ 3882-74.
Расчет чугунных валков на прочность.
При расчете на прочность чугунных валков определяют следующие их параметры:
1) средний диаметр опасного сечения по изгибу:
^ср=(^н+^п)/2,	(8.6.4)
тде Z)Cp - в м; Z>h и Лп - диаметры в опасном сечении соответственно нового валка и полностью переточенного.
2) номинафное напряжение в опасном сечении:
8.6.14. Стойкость валков станов рельсобалочного 800 и крупносортного 650
Клеть		Номер прокатываемой балки	Исполнение валков	Стойкость комплекта валков, т		Число переточек
Номер	Тип			за одну закладку*	за всю кампанию	
1	Черновая 3-валковая	Релъсоба 30	лочный стан 800 90ХФ (сталь)	2200	22 000	9
		Швеллер № 24		3120	40 500	12
2	Предчистовая 3-валковая	30	СПХНД-46	1050	12 600	11
		24		900	10 800	
3	Чистовая 2-валковая	30	СПХН-43	1600	8000	4
1	Черновая 3-валковая	Крупной 16	ртный стан 650 90ХФ (сталь)	1300	9100	6
		18		1450	8700	5
2	Предчистовая 3-валковая	16	СПХНД-46	488	6832	13
		18	СПХН-43	400	5600	
		Швеллер № 20	СПХН-43	930	16 800	17
3	Чистовая 2-валковая	16	СПХНД-46	230	4830	20
		18	СПХН-43	183	3480	18
* Срок службы валка от переточки до переточки.
ВАЛКИ
453
8.6.15. Стойкость валков полунепрерывного среднесортного стана 350
Группа клетей	Номера клетей	Прокатываемый профиль	Исполнение валков	Стойкость комплекта валков, т		Число переточек
				средняя за одну закладку*	за всю кампанию	
Черновая	1 - 6	Все профили	СШХН-48	60 000	360 000	5
Промежуточная	7- 11	Круг диаметром 25 - 65 мм	СПХН-62	15 000	135 000	8
		Уголок		10 000	60 000	5
		Швеллер		6000	66 000	10
Чистовая	12 - 14	Круг диаметром 25 мм Круг диаметром 65 мм	СПХН-65	2000	26 000	12
				4000	32 000	7
* Период между двумя переточками.
8.6.16. Стойкость валков непрерывного мелкосортного стана 250
Номер клети	Форма калибра или получаемый прокат	Исполнение валков	Стойкость за одну закладку,т		Стойкость комплекта за кампанию, т	Число переточек
			одного калибра	комплекта валков		
1	-	СШХН-48	5500	21 900	88 000	3
2			3150	12 600	63 000	4
3			3500	2110	105 000	4
4			1500	9000	54 000	5
5			1400	14 000	84 000	5
6			2240	18 000	108 000	5
7			750	9000	63 000	6
8		СПХН-62	1000	5000	30 000	5
9	Угловой калибр		250	4000	16 000	3
10			500	3000	12 000	3
11			250	2500	12 500	4
12	Овальный калибр		500	4000	24 000	5
	Угловой калибр		220	1300	7800	5
13	Чистовой круг	СПХН-65	83	1000	8000	7
	Чистовая арматура		40	400	1600	3
14	Овальный калибр	СПХН-62	330	4000	20 000	4
15	Чистовой круг	СПХН-65	60	600	4200	6
	Чистовой уголок		167	1000	6000	5
Примечание. Для клетей 1-8 приведены усредненные значения параметров.
454
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.17. Стойкость валков непрерывного проволочного стана 250
Номер клети	Форма калибра	Стойкость за одну закладку, т*		Стойкость комплекта за кампанию, т	Число переточек
		одного калибра	комплекта валков		
	Валки из низколегированного чугуна				
1	Ящичной формы	3630	29 000	101 500	3
2	Плоский овал	2500	18 000	90 000	4
3	Квадрат	1160	14 000	98 000	6
4	Овал	920	11 000	93 500	8
5	Квадрат	850	17 000	102 000	5
6	Овал	250	4000	24 000	5
7	Квадрат	430	12 000	84 000	6
	Валки из отбеленного чугуна				
8	Овал	125	3000	25 500	7
9	Квадрат	280	10 000	85 000	7
10	Овал	166	4000	36 000	8
11	Квадрат	187	6000	54 000	8
12	Вертикальный овал	139	2500	18 800	7
13	Ребровый овал	168	4700	37 600	7
14	Вертикальный овал	85	1800	22 800	15
15	Круг	45	1300	22 800	17
* Масса прокатанного металла.
8.6.18. Параметры кольцевых валков проволочных станов
Кольцевые валки			Средняя стойкость одного калибра за одну закладку, т
Марка материала	Диаметр, мм	Твердость поверхности по Шору	
300X15	250	40 - 45	60
250Х24ВЗТ	250	58 - 62	161
ВК8	160	80	400 - 1000
ВАЛКИ
455
где оном - в МПа; Л/Изг - изгибающий момент в опасном сечении, МН • м; если валок имеет несколько ручьев, определяют сгном и Млзг в опасном сечении при прокатке в каждом ручье, затем по найденному спектру напряжений - эквивалентное напряжение сгном;
3)	напряжения сг.и по табл. 8.6.11 и 8.6.12;
4)	масштабный коэффициент 8м; эффект масштаба у валковых чугунов стабилизируется при диаметре валков более 200 - 250 мм, поэтому в случае выполнения практических расчетов можно принять, что для валков исполнения СПХН 8м равно 0,65 - 0,7, исполнения СШХН - 0,55 - 0,6;
5)	коэффициент влияния температуры 8Г формуле
8Г= 1 - 0,00038/,	(8.6.6)
где t - температура поверхности ручья валка, °C; если неизвестна температура поверхности ручья, при горячей прокатке принимают t = 300 - 500 °C (меньшие значения - при прокатке простых профилей, большие - при прокатке фланцевых профилей);
6)	теоретический коэффициент концентрации Ко. по графикам на рис. 8.6.19;
7)	эффективный коэффициент концентрации напряжений Kj по формуле
Хт = 1 +	- 1),	(8.6.7)
где q - коэффициент чувствительности валкового чугуна к концентрации напряжений; для валков исполнения СПХН q равно 0,075; исполнения СШХН - 0,150;
8)	эффективный коэффициент А^кор концентрации напряжений с учетом действия коррозии:
^акор =	~	(8.6.8)
Ркор
для чугунов с шаровидным графитом при охлаждении валков пресной водой ркор равно 0,65 - 0,75; морской водой ркор = 0,49 - 0,57; для чугуна с пластинчатым графитом Ркор = 0,8 - 0,9;
9)	число циклов нагружений N (исходя из работоспособности валка) по формуле
N = 'hJ’n • 60 г, (8.6.9)
где лв - частота вращения валка, мин*1; Тп -длительность работы валка между переточками, ч; z - общее число закладок валка в клеть за всю продолжительность его работы;
Гп =
Сн
(8.6.10)
где Qj - стойкость калибра между переточками, т; i - число калибров на валке; - часовая производительность, т/ч;
10)	по табл. 8.6.11 базовое число циклов нагружений Nq, соответствующее излому кривой усталости; коэффициент фо чувствительности и асимметрии цикла и К* учитывающий влияние концентрации напряжений в области ограниченной долговечности;
= ф/фк.
где <р и фк - параметры, характеризующие угол наклона кривой усталости в полулогарифмических координатах без концентраторов напряжений и при их наличии (в табл. 8.6.11 приведены механические и усталостные характеристики некоторых чугунов; характеристики других чугунов могут быть ориентировочно найдены из отношений, приведенных в табл. 8.6.12);
11)	приведенный диаметр Ц,р валка; валок диаметром под эквивалентной нагрузкой имеет прогиб, равный прогибу валка при прокатке; приближенно Z^p можно определить графически из условия, что суммы площадей участков контура диаметрального сечения валка по обе стороны от образующей Д]Р, равны;
12)	характеристику г цикла для рассматриваемого сечения (рис. 8.6.20), зависящую от отношения L/Dnp и удаления нагрузки от опоры;
13)	запас усталостной прочности
при Nq:
для бочки

ло = —------; (8.6.11)
•^dxopU “ r ~ Ya О + Икином
для шейки (ег = 1, г = -1)
CT-ld8H . п°	—*
ло°ном
(8.6.12)
при N < Nq: для бочки

-^ф8Н8Т(Т-1</ + -^окорф J (1 “ r)
^окорИ — Г — Ya(l + Нк* ном
(8.6.13)
456
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
б) Рис. 8.6.19. Значения теоретического коэффициента концентрации напряжений при изгибе: 0	0
а - для 0,001 <. — < 0,050; б - для 0,050	1,00
D	D
ВАЛКИ
457
Рис. 8.6.20. Изменение характеристики г в зависимости от отношении длины пролета валка к его приведенному диаметру (Z/Дтр) и места приложении нагрузки (параметр а)
для шейки
(8.6.14)
Достаточную прочность валков можно обеспечить при £ 1,3.
Расчет стальных валков на прочность. Последовательность расчета аналогична расчету чугунных валков, с учетом следующих особенностей:
предел выносливости
ст.1 = (0,55 - 0,6)ств;
масштабный коэффициент (при D £ 150 мм)
бн = 0,55 - 0,6;
коэффициент влияния температуры
/, °C	е/
300	1,00
400	0,85
500	0,72
при ств = 800 - 1000 МПа; чувствительность к концентрации напряжения q = 0,7 - 0,8; большие значения для более прочных сталей;
коэффициент влияния коррозии
Ркор =
для сталей Nq = 107 циклов;
коэффициент чувствительности к асимметрии цикла:
сгв, МПа	W
350 - 550	0
520 - 750	0,06
700 - 1000	0,10
1000 - 1200	0,20
1200 - 1400	0,25
Конструктивные схемы валков. Повышение технико-экономических показателей сортовых станов достигается в результате как интенсификации процессов прокатки, приводящей к росту их производительности и снижению простоев на перевалки, так и повышения качества проката. Для того, чтобы получить требуемые показатели станов, необходимо повысить износостойкость и прочность рабочих валков.
С точки зрения обеспечения высокой износостойкости наилучшими для валков сортовых станов являются специальные чугуны (к сожалению, недостаточно прочные). Поэтому важнейшей задачей является повышение усталостной прочности чугунных валков, которое может быть достигнуто при создании в валках более благоприятной, с точки зрения усталостной прочности, схемы напряженного состояния наложением предварительных сжимающих напряжений. Такие валки называют предварительно напряженными составными валками (ПНСВ).
В этих конструкциях передача усилия и момента прокатки от несменяемого многократно используемого стяжного вала (стержня) к сменной части - бандажу, одетому на вал со значительным зазором, - осуществляется исключительно силами трения покоя, создаваемыми в торцевых стыках этих деталей.
Силы трения необходимых значений получают при предварительном растяжении стального валка и сжатии бандажа, что приводит также к максимальному росту усталостной прочности бочки валка.
По принципиальной конструктивной схеме ПНСВ можно подразделить на три основных типа.
Первый тип ПНСВ (рис. 8.6.21, а) - бандаж 1 и втулки 2 и 3, являющиеся опорными шейками валка, стянуты между собой в осевом направлении на стяжном стержне 4 гайкой 5. Головка стержня выполнена за одно целое с приводным хвостовиком. Опорами валка являются подшипники 6 и 7. Гайка находится с внешней стороны подшипников.
Второй тип ПНСВ (рис. 8.6.21, б) - бандаж 1 и полая неприводная шейка 3 стянуты между собой в осевом направлении на стяжном стержне 4 гайкой 5. Головка стержня выполнена за одно целое с приводным хвостовиком и приводной шейкой 2. Крепежный элемент (гайка) также расположен с внешней стороны опорных подшипников 6 и 7.
458
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.21. Принципиальные конструктивные схемы ПНСВ:
а - в - соответственно первый - третий типы валков
Третий тип ПНСВ (рис. 8.6.21, в) отличается тем, что неприводная шейка 3 выполнена за одно целое со стяжным стержнем 1. Крепежный элемент 5 в этом случае расположен между опорными подшипниками 6 и 7.
Во всех схемах момент прокатки передается от хвостовика бандажу силами трения в торцевых контактных поверхностях. Наибольший момент, передаваемый валком первого типа, определяемый радиусом трения П в контакте стяжного стержня с приводной шейкой, ограничен по сравнению с другими типами. Поэтому использование валков первого типа ограничено и оправдано только при относительно малых нагрузках и в случае применения клетей специальных конструкций.
Наибольший момент, передаваемый валком второго типа, определяется радиусом Г}, который превышает радиус Гр Поэтому момент прокатки может быть повышен по сравнению с моментом, создаваемым на валке первого типа, в 1,4 - 1,5 раза. Это позволяет, как показывают расчеты, применять валки второго типа практически на всех 2- и 3-валковых клетях.
В связи с выполнением шеек заодно со стяжным стержнем (валок третьего типа) его рабочий диаметр и радиус трения г? увеличивается, в результате чего сила предварительного напряжения и допустимый момент прокатки, по сравнению с этими же характеристиками валка второго типа, могут быть увеличены вдвое. При этом усталостная прочность возрастет в 1,4 - 1,5 раза. Преимуществами валков этого типа являются простота конструкции и повышенная точность сборки, благодаря отсутствию съемных шеек, что особенно важно при использовании в качестве опор подшипников жидкостного трения. Существенный недостаток этих валков - размещение крепежного элемента между опорами, что уменьшает полезную длину бочки.
Валки этого типа применяют в качестве горизонтальных валков универсальных клетей для прокатки балок или на других клетях в случаях особо высоких нагрузок.
ПНСВ клетей с опорами на подшипниках скольжения (текстолитовых) приведен на рис. 8.6.22.
Рис. 8.6.22. ПНСВ 3-валковой клети стана 550
ВАЛКИ
459
Стяжной стержень 1 с головкой, выполненной за одно целое с приводной шейкой и приводным хвостовиком, продевают в литое отверстие бандажа 2, в торцах которого выполнены проточки, предназначенные для его центрирования относительно стержня при сборке с точностью 0,5 - 1 мм на диаметр проточки. Затем на стержень по посадке с зазором 0,05 - 0,1 мм одевают полую неприводную шейку 3. На резьбу неприводного конца стяжного стержня навинчивают гайку 4, фиксирующую осевую силу. Затем на эту гайку устанавливают проставку 5, в которой против отверстий гайки 4, предназначенных для ее завинчивания, расположены симметрично относительно оси этих отверстий окна.
В ПНСВ применяют специальную упорную резьбу с углом профиля 45° (ГОСТ 13535-87).
Для создания в валке осевых предварительных напряжений на неприводной хвостовик навинчивают гидроцилиндр, состоящий из поршня 7 и корпуса 6. В гидроцилиндр подается масло высокого давления от насоса, при этом корпус гидроцилиндра упирается через проставку в бандаж, а поршень, перемещаясь под давлением масла, растягивает стяжной стержень. После достижения необходимой силы растяжения вала между фиксирующей гайкой и полой шейкой образуется зазор, величина которого определяется суммой абсолютных деформаций сжатия бандажа и растяжения стержня на участке от торца бандажа с приводной стороны до первого витка резьбы фиксирующей гайки. На величину указанного зазора через окна в проставке гайка свободно довинчивается до упора в шейку. Затем сбрасывается давление масла, вследствие чего сила растяжения вала замыкается на гайку, которая при нагружении гидроцилиндром не деформировалась. В результате деформации указан
ных элементов, а также контактной деформации стержень несколько укорачивается и, поэтому оставшаяся в валке сила предварительного напряжения всегда меньше силы нагружения. *
Устройство для нагружения (детали 6 и 7) снимают, и в дальнейшем валок эксплуатируют как обычный цельный до полного износа бандажа. При замене изношенного бандажа используют то же устройство для нагружения валка осевой силой до освобождения гайки. После этого гайку свободно отвинчивают на два - три оборота, сбрасывают давление и снимают нагружающее устройство. Затем валок разбирают, устанавливают новый бандаж, и процесс сборки повторяется.
ПНСВ с опорами на ПЖТ приведен на рис. 8.6.23 (выше оси - ПНСВ в сборе с подушками, ниже оси - ПНСВ при нагружении). Стяжной вал 3 выполнен заодно с приводными хвостовиком и шейкой. Неприводная шейка 4 выполнена в виде гайки, причем резьбовая ее часть расположена ближе к упорному подшипниковому узлу. Гладкая расточка втулки предназначена для центрирования на стяжном валу. Бандаж из чугуна центрируется своими расточками на поясках вала 3 и втулки 4. Отверстия для завертывания втулки выполнены у ее основания, под уплотнительным кольцом.
Нагружающий гидроцилиндр 5, установленный на вал по посадке с зазором, через проставку 1 упирается в торец бандажа. За гидроцилиндром на резьбовую часть вала навинчивают упорную гайку 6. Нагружение валка осуществляется аналогично нагружению, описанному ранее.
ПНСВ третьего типа с длиною бочки 500 - 750 мм, разработанный для универсальной клети 1500 универсального балочного стана НТМК, приведен на рис. 8.6.24.
Рис. 8.6.23. ПНСВ 2-валковой клети 530 стана 450
460
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.24. flHCB универсальной клети 1500 универсального балочного стана
Вместо гидроцилиндра обычной конструкции применен блок цилиндров 2, состоящий из девяти плунжеров, расположенных по окружности в монолитном толстостенном корпусе, что обеспечивает необходимое снижение рабочего давления при одновременном увеличении силы натружения. Конструкция блока цилиндров имеет также более высокую жесткость.
Применение дополнительных проставок 2 и 3 в сочетании с положением гайки 4 обеспечивает возможность сборки и разборки валков с различной длиной бочки, а установка горообразного деформируемого кольца в проставке 3 позволяет проводить разборку и сборку валков с различными уклонами боковой поверхности. Проставки 2 и 3 удерживаются на основной проставке специальными захватами.
Параметры некоторых ПНСВ, разработанных ВНИИМЕТМАШ, приведены в табл. 8.6.19.
Определение основных параметров ПНСВ. Номинальную силу предварительного напряжения валка выбирают по наибольшему значению этой силы из следующих необходимых условий.
Первое условие - отсутствие раскрытия стыков стягиваемых деталей при прокатке. Для обеспечения работы ПНСВ как целого необходимо, чтобы во всех стыках после приложения внешней нагрузки оставались напряжения сжатия (см. рис. 8.6.21, 6). Наименьшая сила (МН) предварительного напряжения из этого условия
= (8б15) "СТ
где Ми сг - изгибающий момент от усилия прокатки в сечении по стыку с или / МН * м; FCT - площадь стыка, м2;	- момент сопро
тивления составного валка в месте стыка, равный моменту сопротивления сплошного тела в сечении по стыку с или / м3.
Второе условие - передача момента прокатки трением бандажу валка: с приводной стороны - через контакт С, с неприводной стороны - через контакты f или е. В связи со значительной податливостью стяжного стержня, по сравнению с бандажом, основная часть момента передается через контакт с, поэтому с некоторым запасом наименьшая сила (МН) предварительного напряжения из этого условия
Лц> =	<8-616)
где М - момент, передаваемый валком, МН • м;/- коэффициент трения в стыке; rj " радиус трения, м.
Третье условие - отсутствие поперечного смещения бандажа при прокатке, обусловленное тем, что бандаж надет на стяжной стержень по посадке с зазором. Предотвращение смещения в поперечном направлении на величину зазора обеспечивается силами трения покоя по двум торцевым плоскостям бандажа. Отсюда
А.р =	(8.6.17)
При увеличении контактного напряжения (ок) .от 15 до 70 МПа коэффициент трения непостоянен и интенсивно уменьшается; при сгк > 70 МПа /остается практически постоянным, равным 0,17.
Четвертое условие - обеспечение заданной прочности. Запас прочности подсчитывают по формулам:
8.6.19. Параметры ПНСВ
Стан	Тип клети	Размеры'валка, мм		Тип подшипника	Момент прокатки на одном валке, кН • м	Сила, кН			Масса, т		
		Диаметр	Длина бочки			прокатки	предварительного напряжения	нагружения	валка	бандажа	бандажа удельная
Проволочный 250-2	2-валковая	260	370	Качения	2,5	100	680	1100	0,2	0,09	0,45
Мелкосортный 250-1		370	700		37,0	1070	3000	4000	0,9	0,43	0,48
Среднесортный 450		530	630	ПЖТ	125,0	2400	7200	8700	1,82	0,87	0,48
		630	1000		250,0	3500	10 500	12 500	3,92	2,41	0,62
	Универсальная	900	300		125,0	2400	7200	10 500	2,46	1,44	• 0,59
Крупносортный 550	3-валковая	580	1500	Скольжения (текстолитовый)	120,0	2400	7800	13 000	4,40	3,50	0,80
Крупносортно-балочный	Универсальная	1280	500	ПЖТ	280,0	7400	22 000	28 000	7,50	4,20	0,56
Универсальный балочный	Универсальная реверсивная	1500	700	Качения	400,0	18 000	42 500	80 000	15,7	7,7	0,49
462
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
при N < No
пс =
локорЧ,1е1 I	таг/~ локор
-^ф[2-^ок°р ~	+ Vo)(l + ном
(8.6.18)
при N> Nq
^H8fCT-ld +[-^ст(1 + Фст) -^окор Стпр|о r) [^-^okop ~ -^сгО + Vor)(l + Н |стном
(8.6.19)
В формулах (8.6.18) и (8.6.19) стпр - напряжение в рассматриваемом сечении валка от усилия предварительного сжатия, МПа;
где Рпр - сила предварительного сжатия, МН; FB - площадь опасного сечения чугунного бандажа, м2. Остальные обозначения см. в расчете валков на прочность.
Для наглядности и удобства при сравнении вариантов расчеты на прочность могут быть выполнены также графически в виде диаграммы предельных напряжений материала валка с учетом масштабного фактора, температуры поверхностного слоя, коррозионной среды и концентрации напряжении (рис. 8.6.25).
Рис. 8.6.25. Диаграмма предельных напряжений валка
На оси ординат откладывают предел усталости материала валка с учетом условий его работы (отрезок ОА):
ст-М8н8Г ,	1_ *0
G-W =	-----+ Ф	(в о.20)
А скор
Если N > Nq, то второй член равен нулю. На оси абсцисс откладывают
т.е. отрезок ОВ.
При \|/а = (-0,65) - (-0,7)
ст-оо/) = (2,85 - 3,3)ст-1/).
Прямая АВ - линия предельных максимальных напряжений при ненапряженных валках. Амплитудные предельные напряжения равны длинам вертикальных отрезков между прямыми АВ и ОВ\ и прямой, проведенной из начала координат под углом 45° к осям координат.
Номинальное напряжение став в опасном сечении валка откладывается на оси ординат (отрезок 041) и затем из точки А\ проводят прямую 41Ту параллельную ОВ\. Прямая А\Т характеризует номинальные (рабочие) напряжения, как для цельных валков, так и для ПНСВ.
Из начала координат проводят прямую ОС под углом а к оси абсцисс, где
(здесь г - характеристика цикла).
Точка, характеризующая цикл нагружений для цельного валка (ЦВ), будет двигаться от точки О к точке D по лучу OD. Предельной точкой, соответствующей разрушению
ВАЛКИ
463
валка, является точка С, запас по усталостной прочности будет выражаться отношением предельных амплитудных напряжений цикла стйг к действующим став:
Gar _ CQ оцв _ DDX 
Поскольку наложение средних сжимающих напряжений оказывает благоприятное воздействие на сопротивление материала коррозионной усталости, то для расчета ПНСВ наносят линию предельных максимальных напряжений АВ'. Для этого по оси абсцисс откладывают отрезок ОВ\ равный
g-ooD _ g-LD ^окор
2	=ч/о+1 KQ
Для ПНСВ предварительное напряжение стпр дает точку Oj, а запас прочности соответственно равен:
ЕЕХ лоПНСВ =
Анализ диаграммы показывает, что наибольший запас прочности ПНСВ может быть достигнут в случае, когда максимальные предельные напряжения равны нулю. На графике это соответствует предварительным сжимаю-* щим напряжениям стпр и запасу прочности
~ кк^
Однако создание такого напряженного состояния часто оказывается невозможным по конструктивным соображениям, так как лимитируется прочностью стяжного болта, гидрогайки и других элементов ПНСВ. Окончательно значение 7пр принимают, исходя из прочности стержня и бочки валка. Поскольку резьбовое соединение стяжного стержня ПНСВ является тяжело нагруженным, рекомендуется использовать специальную упорную резьбу с углом профиля 45° (ГОСТ 13535-87).
Расчет резьбы стяжного стержня и гайки на срез и смятие выполняют с учетом того, что на первый виток резьбы приходится 1/3 приложенной нагрузки (рис. 8.6.26).
Для указанной резьбы:
напряжение смятия, МПа
напряжение среза, МПа
<8'6'22)
где Рндг - сила нагружения, МН.
Параметры резьбы диаметром до 400 мм см. в табл. 8.6.20 - 8.6.22.
Условие прочности резьбы:
стт псм = стсм
лср=-^>1,2, ‘ср
где стт - предел текучести материала болта; хт -то же по касательным напряжениям; принимают тт = 0,6стт.
Стяжной стержень рассчитывают на усталостную прочность. Напряжение (МПа) в стержне от изгиба (из условий нераскрыгия стыка между торцом бочки и фланцем)
где Мист - изгибающий момент в сечении стыка, МН • м; d - диаметр стержня, м; Рст -наружный диаметр стыка, м.
Напряжение растяжения (МПа) в стержне
47пр
°п=~Т>	(8.6.24)
где - внутренний диаметр резьбы стержня, м.
Запас по усталостной прочности стержня в районе резьбы
па = -g-------------> 1,3. (8.6.25)
8Н
Рис. 8.6.26. Упорная усиленная резьба с углом профиля 45° (ГОСТ 13535-87). Соотношение размеров резьбы:
Я1 = 0,257, at = 0.15587х, h3 = 0,40587; d2 = d - 0,257, d3 = d- 0,81157, Di = d - 0,57
464
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.20. Рады диаметров и шаг упорной усиленной резьбы (ГОСТ 13535-87)
Размеры, мм
Диаметр d		Шаг Р
1-й рад	2-й рад	
80	-	10
-	85	10
90	-	10
-	95	10
100	-	10
-	105	12
-	110	12
120	-	12
-	125	12
-	130	12
140	-	12
-	150	12
160	-	12
-	170	12
180	-	12
-	190	16
200	-	16
-	210	16
220	-	16
240	-	16
260	-	20
280	-	20
300	-	20
320	-	20
-	340	24
360	-	24
-	380	24
400	-	24
8.6.21. Высоты профиля упорной усиленной резьбы диаметром до 400 мм (ГОСТ 13535-87)
Размеры, мм
Шаг резьбы Р	Высота профиля	
	Я1	Лз
10	2,5	4,058
12	3,0	4,869
16	4,0	6,492
20	5,0	8,115
24	6,0	9,738
ВАЛКИ
465
8.6.22. Диаметры усиленной упорной резьбы в зависимости от шага Р
Винтя гайка			|	Винг		|	Гайка
Диаметр резьбы, мм					
наружный D * d	средний Z>2	- d2	1	внутренний d$		внутренний D\
		Р = ДО мм			
80	77,5			71,884	75
85	82,5			76,884	80
90	87,5			81,884	85
95	92,5			86,884	90
100	97,5			91,884	95
		Р = 12 мм			
105	102			95,262	99
110	107			100,262	104
120	117			110,262	114
125	122			115,262	119
130	127			120,262	124
140	137			130,262	134
150	147			140,262	144
160	157			150,262	154
170	167			160,262	164
180	177			170,262	174
		Р= 16 мм			
190	186			177,016	182
200	196			187,016	192
210	206			197,016	202
220	216			207,016	212
240	236			227,016	232
		Р = 20 мм			
260	255			243,77	250
280	275			263,77	270
300	295			283,77	290
320	315			303,77	310
		Р = 24 мм			
340	334			320,524	328
360	354			340,524	348
380	374			360,524	368
400	394			380,524	388
где Кс = 3; 8Н и vpCT - коэффициенты, их зна-				Р,	Ух
чения принимают аналогично значениям при				J наг _ .		,	(8.6.26)
расчете стальных валков.				Рпр	2>наг
Определение силы нагружения Рщ.		Спо-			
соб нагружения валков гидроцилиндром через					
промежуточные детали	требует повышенной		где РПр “ сила предварительного напряжения		
(относительно	силы нагружения и давле-			после затяжки гайки и		сброса давления; У X
ния масла в гидроцилиндре в связи с падени-					
ем суммарной жесткости сжимаемых деталей после сброса давления (включение в деформа-			и ]Гх	-наг - суммарные податливости деталей	
цию шеек, резьбы, гайки, появление контакт-			ПНСВ,	участвующих в	деформации, соответ-
ных деформаций и др.):			ственно после затяжки и при нагружении.		
466
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.27. Расчетная схема валка для определения деформаций
Материал валка Сталь.............
Чугун:
с пластинчатым графитом.......
с шаровидным графитом.......
Е- 10-5 G 10-4
2,1	8,0
1,1-1,3	5,5-6,4
1,3 - 1,8	7,0 - 8,0
При прокатке в среднем калибре
(^1 = ^2) прогиб валка (м)
Применение ПНСВ позволяет повысить прочность чугунных валков в среднем в 1,5 - 2 раза, а также примерно в 2 раза уменьшить расход валков. Прочность ПНСВ выше прочности цельных стальных валков в 1,2 - 1,35 раза.
Расчет деформации валка. Для расчета деформации валка за рабочую схему обычно принимают валок с гладкой бочкой (рис. 8.6.27).
Деформацию (м) одного валка от действия изгибающих моментов и поперечных сил в сечении I - I по оси рабочего калибра определяют по формуле
Р
+ nGD2
(8.6.31)
Следует отметить, что у валков чистовых клетей с L / D <2 основную роль в общей деформации валка играет прогиб шейки. На рис. 8.6.28 дана зависимость прогиба двух валков и их элементов от отношения L / D при прокатке в среднем калибре (D — 320 мм, d - 160 мм, Р — 0,6 МН). Расчеты показывают, что приведенные соотношения верны, в принципе, и для других размеров валков при тех же L / D .
(8.6.27)
где Р - сила прокатки, Н;
л2 . л2
М = -Ь 2;	(8.6.28)
г
NhT - величины, измеряемые соответственно в м3 и м;
(8.6.29)
„	-с) + €?(€2 ~с)
Т =	п 2----L;	(8.6.30)
Г
Ей G - модули материала валка соответствен-
но упругости и сдвига, МПа:
Рис. 8.6.28. Зависимость прогиба двух валков 2Л и их элементов от отношения L/D при прокатке в среднем калибре
ПОДШИПНИКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
467
8.6.4. ПОДШИПНИКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
Основными особенностями работы подшипников рабочих валков сортовых станов являются очень высокие удельные радиальные и осевые нагрузки, а также высокая частота вращения при практически непрерывной работе. Высокие удельные нагрузки обусловлены конструктивными ограничениями габаритных размеров подшипников и значительным уровнем напряжений в шейке при небольшой ее длине. Высокая частота вращения определяется высокими и постоянно растущими скоростями прокатки в чистовых клетях. В то же время, в черновых клетях непрерывных станов скорости прокатки малы, что затрудняет применение, например, подшипников жидкостного трения.
Из других особенностей подшипниковых узлов (и причин, их вызывающих) необходимо отметить следующие:
удобство и быстроту их разборки (частая смена валков);
высокие радиальную и осевую жесткости (необходимость повышения жесткости клетей);
беззазорные посадки деталей (наличие ударных нагрузок, возникающих при захвате валками прокатываемой заготовки);
повышенные требования к уплотнениям подшипников (близость горячего металла, воды и окалины).
Для рабочих валков применяют подшипники трех основных типов: открытые подшипники скольжения с неметаллическими вкладышами; закрытые подшипники скольжения с неметаллическими вкладышами; закрытые ПЖТ и подшипники качения.
Подшипники открытого типа с неметаллическими вкладышами применяют на сортовых станах всех типов, кроме чистовых клетей непрерывных и полунепрерывных станов.
Наиболее рациональным материалом для вкладышей является текстолит. В качестве исходного материала для заготовок применяют хлопчатобумажную ткань типов "Ремень" или "Бельтинг", пропитанную фенольно-формаль-дегидной смолой (54 - 59 %, мае. доля) резального типа. Заготовки изготовляют методом горячего прессования правильно уложенных слоев пропитанной смолой ткани в пресс-формах.
Стандартные образцы, вырезанные из плит, отпрессованных из пропитанной ткани, при режиме прессования, одинаковом с режимом прессования заготовки подшипника, должны иметь следующие физикомеханические показатели:
Предел прочности, МПа, не менее:
при сжатии параллельно
слоям.......................... 110
при раскалывании по слоям	30
Твердость по Бринеллю.........	280
Плотность, г/см3.............. 1,3 - 1,4
Износ, мг........................... 11
Модуль упругости, МПа.........	(5-11) • 103
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м • °C).............. 0,23 - 0,35
Теплостойкость, °C................ 140
Вследствие того, что теплопроводность текстолита в несколько сот раз меньше, чем металлов, подшипники из этого материала необходимо усиленно охлаждать изнутри обильным поливанием шеек водой, которая служит также смазочным материалом. При окружной скорости более 0,5 - 1,0 м/с вкладыши удовлетворительно работают при смазывании их одной лишь водой. Периодическая подача дополнительно небольших порций густой смазки несколько улучшает работу подшипников при высоких нагрузках и частых реверсах или запусках, а также уменьшает коррозию шеек.
При скорости скольжения более 2 м/с и смазывании водой коэффициент трения в текстолитовых подшипниках снижается до 0,003 - 0,006. Количество воды, подаваемое к текстолитовым подшипникам, должно быть не менее 0,75 л/мин на 1 см2 поверхности вкладыша.
Расположение вкладышей в подшипниках 2- и 3-валковых клетей показано на рис. 8.6.29.
Рис. 8.6.29. Расположение вкладышей в подшипниках 2-валковых (а) и 3-валковых (б) клетей
468
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Основные вкладыши устанавливают в соответствии с направлением силы прокатки. У среднего валка 3-валковых клетей основные вкладыши устанавливают над и под шейки. В подшипнике верхнего валка необходимо предусмотреть под его шейкой дополнительный вкладыш для восприятия веса валка при холостом ходе клети. В подшипниках нижнего валка вкладыши над шейками отсутствуют: шейки сверху закрыты защитным кожухом. Подшипники выполняют цельноштампованными.
Применяют два типа вкладышей:
тип А - вкладыши (табл. 8.6.23) с отъемным фланцем (табл. 8.6.24): исполнение I - с прямыми кромками (рис. 8.6.30, о); исполнение II - со скошенными кромками (рис. 8.6.30, б); фланцы изготовляют также двух исполнений: исполнение I - без среза
углов (рис. 8.6.31, о); исполнение Я - со срезанными углами (рис. 8.6.31, б);
тип Б - вкладыши, выполняемые заодно с фланцем (рис. 8.6.32 и табл. 8.6.25).
Заготовки вкладышей поставляют без механической обработки резанием. Припуски на обработку определяет завод-изготовитель, который гарантирует получение прессованных вкладышей в пределах размеров вкладышей, предусмотренных чертежом.
Вкладыши в тангенциальном направлении укрепляют планками, а в осевом они удерживаются заплечиками кассеты.
Основные преимущества текстолитовых подшипников:
простота конструкции, смазывания, удобство разборки и сборки;
высокая нагрузочная способность;
не требуется самоустановка подушек.
8.6.23. Размеры (мм) вкладышей типа А с а = 140 и 110°
d шейки валка	г	h		И	А	L
	Номинальное значение		Допустимое отклонение			
210	105	25	+3,5	90	18	160 - 190
230	115			100		175 - 210
250	125	30	+4,5	110	19	190 - 225
270	135			120		200 - 245
290	145			130		220 - 275
310	155			137	22	230 - 295
330	165			147		250 - 315
350	175	35	+5,0	157		260 - 330
380	190			172		285 - 370
400	200			182		300 - 390
430	215			197		320 - 420
460	230	40	+6,0	212		345 - 460
500	250			230	25	375 - 500
530	265			245		400 - 530
560	280			260		420 - 560
600	300			280		450 - 600
640	320			300		480 - 640
690	345			325		520 - 690
750	375			355		750
Примечание. Обозначения см. на рис. 8.6.30.
ПОДШИПНИКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
469
8.6.24. Размеры (мм) фланцев к вкладышу типа А
d шейки валка	Л	Л	П	П	h	b	Для исполнения II		
							bi	d\	di
210	230	150	156	20	94	35	20	225	237
230	125	169	175	20	104	35	20	243	255
250	140	190	196	20	115	40	25	260	272
270	155	205	211	20	123	40	25	274	286
290	170	220	226	20	128	40	25	290	302
310	185	235	241	20	133	40	25	335	347
330	195	250	256	20	147	40	25	350	362
350	205	260	266	25	148,5	45	30	365	377
380	215	275	281	25	158	45	30	425	437
400	220	280	286	25	161	45	30	450	462
430	235	295	301	30	166	45	30	470	482
460	255	315	321	30	174	45	30	490	502
500	270	345	351	30	196	50	35	520	532
530	285	360	366	30	201	50	35	535	547
560	310	385	391	30	213	50	35	570	582
600	330	414	420	40	230	50	35	618	630
640	350	434	440	40	240	50	40	650	662
690	375	476	483	50	261	60	45	701	713
750	405	515	525	60	290	70	50	770	782
Примечание. Обозначения см. на рис. 8.6.31.
Рис. 8.6.30. Вкладыш типа А с отъемным фланцем:
а - исполнение 1с прямыми кромками; б - исполнение II со скошенными кромками
470
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.32. Вкладыш типа Б, выполняемый заодно с фланцем: R равно 30 мм только придиаметре 230 мм
а)	Ф
Рис. 8.6.31. Фланец к вкладышу типа А а - исполнение /без среза углов; б - исполнение IIсо срезанными углами
8.6.25. Размеры (мм) вкладышей типа Б
d	г	И	L	1	а	Ol	Л1	а2	Аз	т	Д
150	75	62	160	20	165	205	20	90	70	20	16
160	80	67	175	25	180	220	20	100	80	25	16
170	85	72	185	25	190	230	20	105	85	25	16
190	95	82	200	25	200	240	25	105	85	25	16
210	105	90	220	30	215	265	25	115	90	30	18
230	115	100	240	30	230	280	25	115	90	30	18
Примечание. Обозначения см. на рис. 8.6.32.
ПОДШИПНИКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
471
Основной недостаток этих подшипников - их малая жесткость, что затрудняет настройку стана и получение проката требуемой точности. Из-за этого недостатка текстолитовые подшипники вытесняются подшипниками жидкостного трения и качения.
Подшипники жидкостного трения. Широкое распространение ПЖТ в качестве опор рабочих валков сортовых станов объясняется их высокой несущей способностью (до 230
МПа) при широком диапазоне скоростей скольжения (до 60 м/с), большой долговечностью, высокой жесткостью, малым коэффициентом трения (0,001 - 0,005) и малыми радиальными габаритными размерами.
Конструкция ПЖТ, разработанная ПО ЭЗТМ (диаметры подшипников 180 - 350 мм), дана на рис. 8.6.33. Основные размеры горизонтальных ПЖТ диаметром 140 - 400 мм и сопряженных с ними валков приведены в табл. 8.6.26.
Ряс. 8.6.33. Конструкция узла ПЖТ диаметром 180 - 350 мм
8.6.26. Основные размеры ПЖТ, мм
Размер ПЖТ d	Диаметр бочки валка D	7)min	L		T		dK	4
			L — = 0,75 d	t — =0,9 d	t — = 0,75 d	L — = 0,9 d		
140	250; 270	225	105	-	120	-	120	30
180	270; 290	245	135	-	130	-	160	40
200	290; 300	275	150	-	145	-	170	45
220	320; 350	290	165	-	155	-	190	45
250	350; 370	335	190	-	170	-	220	50
275	400; 420	370	205	-	180	-	240	55
300	420; 450	390	225	-	195	-	260	60
320	480	430	240	-	210	-	280	65
350	500; 530	450	260	320	225	255	310	70
400	550; 580	520	300	360	245	275	350	80
Примечание. Обозначения см. на рис. 8.6.33.
472 Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
На конической шейке валка закреплена втулка-цапфа 7, вращающаяся во втулке-вкладыше 2, залитой тонким слоем (около 5 мм) высококачественного оловянистого баббита. Втулка-цапфа закреплена на шейке с помощью шпонки 3. Осевые нагрузки воспринимают упорные подшипники качения 4.
Втулка-цапфа и упорные подшипники закреплены на шейке в осевом направлении резьбовыми полукольцами 5 и гайкой 6, которая контрится винтом 7, устанавливаемым в совпадающих отверстиях гайки 6 и втулки 8.
Смазка в подшипник подается через отверстие и кольцевые проточки 9 в подушке 10 и отверстия 11 во втулке-вкладыше. Отработанное масло собирается в масляных карманах, расположенных с торцов подшипника, и возвращается самотеком в маслосборный бак циркуляционной смазочной системы.
Рабочая поверхность втулки-вкладыша расточена из нескольких центров для того, чтобы обеспечить расчетный масляный слой в натруженной зоне подшипника, и в то же время, создать нужный зазор в ненагруженной зоне для прохождения через него достаточного количества масла, поглощающего теплоту, выделившуюся от трения в подшипнике.
Подобный способ расточки обеспечивает также взаимозаменяемость поверхностей нагруженной и ненагруженной зон подшипника. Боковые масляные карманы во втулке-вкладыше, образованные расточкой из смещенных центров, облегчают проникновение масла в рабочую зону (за счет плавного уменьшения зазора) и способствуют отводу теплоты от подшипников за счет интенсивного омывания цапфы маслом в зонах этих расточек.
Герметичность подшипника обеспечивают уплотнения 12 и 13, а также резиновые кольца. При смене валка после освобождения от осевого крепления подшипник снимают с конической шейки валка целиком вместе с подушкой. Большая конусность шейки (1:5) позволяет легкими ударами по подушке снять с шейки втулку-цапфу через буртик 14.
В таких подшипниках предусмотрена осевая регулировка валков перемещением одной подушки с валком относительно станин^, например, с помощью рычажных механизмов осевой регулировки. Поэтому вторая подушка, обычно с приводной стороны у горизонтальных валков и нижняя у вертикальных валков, также имеет упорные подшипники, которые не воспринимают осевые нагрузки при прокатке, а только фиксируют полушку на валке в осевом направлении.
Поскольку при такой конструкции валок не перемещается в осевом направлении относительно подушек, торцевые уплотнения не рассчитаны на перемещение (имеют малый ход пружин).
Главные требования к ПЖТ:
обеспечение хорошей самоустановки подушек при работе, а также радиального и осевого регулирования валков, во избежание защемления подшипников;
постоянство направления приложенной нагрузки.
Конструирование новых клетей с повышенными жесткостью и скоростью прокатки потребовало создания новых, усовершенствованных ПЖТ. На рис. 8.6.34 показан узел валков на самоустадавливающихся ПЖТ (СПЖТ) для бесстанинной предварительно напряженной клети 420, описанной выше.
Рве. 8.6.34. Самоустанавлнвакнцийся ПЖТ (СПЖТ) для бесстанинной предварительно напряженной клети ПНК-420
ПОДШИПНИКИ РАБОЧИХ ВАЛКОВ
473
Радиальные СПЖТ расположены в цилиндрических окнах, расточенных в подушке, эксцентрично относительно оси валка в направлении действия силы прокатки. Самоус-танавливающийся корпус 1 подшипника имеет расточку под втулку-вкладыш 2, эксцентричную относительно наружной поверхности корпуса, а утолщенная часть корпуса является цилиндрической поверхностью с радиусом R, центр которой образован пересечением вертикальной оси симметрии корпуса и оси валка. Этой поверхностью корпус опирается на подпятник 3, установленный в окне подушки 4У и фиксируется от осевого смещения крышками подшипника. Благодаря цилиндрическим контактным поверхностям корпуса и подпятника, достигается хорошая самоустанавливаемость.
Втулка-цапфа 5 установлена на конической шейке валка и крепится на нем от осевого смещения закладными полукольцами и гайкой, а от проворота - шпонкой. Корпус подшипника постоянно прижимается к подпятнику уравновешивающими устройствами 6, которые установлены в гнездах верхних подушек. Уравновешивающее устройство состоит из плунжера, пакета тарельчатых пружин и винта. В направлении прокатки корпус подшипника фиксируется своими плоскими боковыми гранями в сменных направляющих планках, установленных в пазах подушки.
Упорный узел самоустанавливающихся ПЖТ, или СПЖТ, смонтирован в крышке, в расточке которой установлен стакан 7. В этом стакане установлены с радиальным зазором радиально-упорные шарикоподшипники, внутренние обоймы которых посажены во втулку-цапфу и зафиксированы закладными полукольцами и гайкой 8.
Стакан имеет фланцы, через которые с помощью установленного на клети механизма осуществляется жесткое осевое фиксирование и необходимое осевое регулирование валков. Поскольку при осевом регулировании валок перемещается относительно подушек, вместо торцевых уплотнений применяют радиальные. Рабочие элементы втулки-цапфы и втулки-вкладыша СПЖТ соответствуют типовым: диаметр подшипника d = 275 и его длина t = 205 мм (t/d » 0,75); номинальный относительный зазор ц/ = 0,001.
Хорошие результаты дает применение обычных ПЖТ в бесстанинных предварительно напряженных клетях с жесткой затяжкой, устанавливаемых в непрерывных мелкосортных и проволочных станах (см. рис. 8.6.12). Отсутствие самоустановки подушек не приводит к защемлению подшипников благодаря
точности отверстий, расточенных в подушках, относительно малым силам прокатки и короткой бочке валков.
Подшипники качения для валков чаще всего применяют:
на черновых клетях непрерывных мелкосортных и проволочных станов, где в связи с малыми скоростями ПЖТ не могут работать в режиме жидкостного трения;
на новых клетях при реконструкции действующих станов, где затруднена организация маслохозяйства ПЖТ;
на малопроизводительных и специальных станах (например, для точных фасонных профилей).
Подшипники качения по жесткости и коэффициентам трения близки к ПЖТ. Они не предъявляют столь высоких требований к смазке и уплотнениям. Главные их недостатки - невысокая нагрузочная способность, большие радиальные габаритные размеры, трудности монтажа и демонтажа с необходимым натягом. Поэтому даже в указанных ранее случаях их все чаще заменяют на ПЖТ. На рис. 8.6.35 приведены валковые опоры клетей непрерывного мелкосортного стана 250.
Подшипники насаживают на конусную шейку валка через промежуточную гильзу с наружной цилиндрической поверхностью для ускорения монтажа и уменьшения зазоров. Для восприятия осевых нагрузок один наружный подшипник с неприводной стороны клети зафиксирован по наружному кольцу в опоре, а три остальных подшипника установлены со свободным осевым перемещением в опорах; эти подшипники воспринимают только радиальные нагрузки (рис. 8.6.35, а).
Для рабочих валков чистовых клетей, точность установки которых определяет размеры готового профиля, требования к осевой жесткости валков повышены. Поэтому для осевой фиксации валка в подушке с неприводной стороны клети установлен шариковый радиальный подшипник, зафиксированный относительно вала и корпуса (рис. 8.6.35, б). Его установку на гильзу выполняют с некоторым зазором, в результате чего он не воспринимает радиальной нагрузки.
В жестких бесстанинных клетях при отсутствии самоустановки подушек в каждой опоре применяют по одному сферическому подшипнику (см. рис. 8.6.14), что приводит к значительному снижению долговечности.
Пример конструкции подшипникового узла для скоростных чистовых клетей мелкосортных и среднесортных станов приведен на рис. 8.6.36.
474
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.35. Валковые опоры, используемые в непрерывном мелкосортном стане 250: п-в черновых и предчистовых клетей; б - чистовых клетей
Рис. 8.6.36. Валковые опоры клетей мелкосортных и среднесортных станов
СТАНИНЫ И БЛОКИ ПОДУШЕК
475
8.6.5.	СТАНИНЫ И БЛОКИ ПОДУШЕК
В станинных клетях всех типов элементом, замыкающим силовую цепь при прокатке, является станина. Однако требования, предъявляемые к ней, различны и зависят от конструкции клетей.
Так, в станинных ненапряженных клетях к станинам предъявляются требования обеспечения прочности и жесткости, в значительной степени определяющей жесткость всей клети.
В станинных предварительно напряженных клетях, тде станина играет роль стяжного элемента блока подушек, к станинам предъявляются требования только по прочности.
В бесстанинных клетях всех типов, а также в станинных предварительно напряженных и моноблочных клетях требования обеспечения прочности и жесткости предъявляются соответственно к блокам подушек и моноблочным корпусам клетей.
Наиболее распространены закрытые и открытые типы станин. Закрытые станины представляют собой сплошную раму (рис. 8.6.37, п), открытые станины имеют съемную крышку (верхнюю поперечину). Чаще всего используемые конструкции открытых станин приведены на рис. 8.6.37, б - д. Крепление крышки осуществляется клиньями, обеспечивающими жесткое защемление на концах стоек; пальцами с последующим расклиниванием, благодаря чему также обеспечивается защемление крышки. Тот же эффект достигается за
клиниванием конических втулок на цапфах стоек станины и крышки. Для предварительно напряженных клетей, где жесткость станины не играет роли, применяют открытые станины с более простым креплением крышки, например с помощью цапф.
Закрытые станины при одинаковых размерах имеют более высокую жесткость. Однако основным их недостатком является более трудоемкая смена валков с подушками, производимая с боковой стороны. Кроме того, при наличии валков с буртами, необходимыми для прокатки фасонных профилей, требуется увеличивать проем станины, что повышает габаритные размеры и массу клетей, а также снижает их жесткость.
Открытые станины обеспечивают более удобную перевалку и не требуют увеличения проема для валков с буртами, однако обладают меньшей жесткостью. Поэтому закрытые станины с учетом их особенностей применяют, главным образом, в непрерывных и последовательных сортовых станах для прокатки простых профилей. В остальных случаях предпочтение отдают открытым станинам.
Расчет закрытой станины и предварительно напряженного блока подушек выполняют по схемам и формулам, приведенным на рис. 8.6.38. Указанные формулы справедливы при условии симметрии элементов относительно вертикальной и горизонтальной осей и постоянства их сечений по всей длине.
Рас. 8.6.37. Схемы станин рабочих клетей:
а - закрытая; б - д - открытые с креплением крышки соответственно клиньями, пальцами и клиньями, заклиниванием конических втулок на цапфах стоек станины и крышки и цапфами
476
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Расчехншя схема а вторы моментов
Реактивные нагрузки
изгибающие моменты
Напряжения и деформации
В
Б
*\Р
Ъ~"ор+"ох'.
°* d 1+Aj, •
W Р lf(1+2Ko)-8 Т
(Л.6.35)
6B~2Ft Wz (Ж Полная деформация 6 точках А . Г [Й-**	+
з *(1*ЫJ 	Pfa-л).
6*-%+&(e6M> *-+”» .» См V ' •* **W Полная Реформация 0 тонкая А
f~p(i1-ih ^»ах)(Млагд)
Л 24E3t 4EJf * 2SFf


(и-Л*)(1,+д) .


Рис. 8.6.38. Расчетные схемы и зависимости для закрытой станины н предварительно напряженного блока подушек
В этих формулах: Р - сила, действующая на станину (блок подушек), Н; ty ^2 и «Л, ^2 ~ соответственно длины (м) и моменты инерции (м4) сечений поперечин и стоек; h и b -высоты сечений поперечин и стоек, м; ^3 и F3 - длина, м и площадь, м2 сечения средней поперечины; Е и G - модули упругости материала станины (подушек) при растяжении и сдвиге, Па; К - коэффициент формы сечения (для прямоугольного сечения К = 1, 2);
- продольная деформация стоек блока подушек, м.
Размер окна блока подушек
<3 =a = D—, 3	2
где D - диаметр расточки в подушках, м.
Расчет открытых станин (см. рис. 8.6.37, б - г) можно с достаточной точностью выполнить по методике для закрытой станины, корпусов (станин) моноблочных клетей - по методике, рекомендуемой для блоков подушек. При этом определяют по формуле (см. рис. 8.6.38).
Особенности расчета предварительно напряженных клетей. В общем случае стяжные болты стягивают подушки через промежуточные детали - гайки, крышки редукторов нажимных устройств и другие детали, расположенные над верхней или под нижней подушками. Расчетная схема для определения продольной деформации блока подушек с жесткой затяжкой приведена на рис. 8.6.39.
Диаграмма распределения сил и деформаций в элементах блока подушек ПНК с жесткой затяжкой приведена на рис. 8.6.40.
Отрезок Оявляется характеристикой жесткости стяжного болта Cq. Таким образом, жесткость стяжного болта
Сб = tga6,
Из точки Ai пересечения отрезка OAi с линией силы V предварительного напряжения строят отрезок AiE, являющийся характеристикой жесткости промежуточных деталей, приходящихся на один стяжной болт. При этом их жесткость
Сп = tgan.
СТАНИНЫ И БЛОКИ ПОДУШЕК
477
Рис. 8.6.39. Расчетная схема для определения продольной деформации блока подушек с жесткой затяжкой:
1 - подушки и дистанционные детали;
2 - стяжной болт; 3 - промежуточные детали
Характеристика суммарной жесткости стяжного болта и промежуточных деталей выразится отрезком ОЛ, у которого деформация ОЕ при силе V равна сумме деформаций ОМ (стяжного болта) и ME (промежуточных деталей)
Gin = ^8абп •
Из точки А строим характеристику жесткости стягиваемых деталей (подушек и дистанционных деталей между ними одной стороны подушки), выражаемую отрезком AG
Сд = tgafl.
Деформация стягиваемых деталей в этом случае при действии силы V определится отрезком EG.
По правилу сложения жесткостей
1_____1_ J_
Gin Gi Gn
Предварительно напряженное состояние деталей на стыке верхней подушки с промежуточными деталями характеризуется точкой А диаграммы. Сила прокатки (внешняя), дейст-
„ Р вующая на одну сторону клети, Р± = —, расположится на диаграмме между характеристиками жесткости Qn и Q в виде отрезка BD. Искомая деформация подушек выразится отрезком EF.
Приращение силы, действующей на болт и промежуточные детали, равно:
~ ^^в^бп _ ^ZjGin- (8.6.41)
Уменьшение силы, действующей в подушках, и деформация подушек составляют:
AK = XXjtgafl =ХХ1СД; (8.6.42)
Z' 2(Сбп+Сд)‘
Таким образом, жесткость предварительно напряженного блока подушек равна сумме жесткостей стягиваемых деталей и болтов с
478
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
промежуточными деталями, т.е. блок подушек работает как единое целое. Подставляя значение в формулы (8.6.41) и (8.6.42), получим:
р —	.
г 2(С6п+Сд)’
= РС*_ .
2(Сбп +Сд)
(8.6.43)
(8.6.44)
В случае плавающей затяжки (от гидроцилиндра с постоянным давлением) деформация блока подушек
= (8М5)
На диаграмме деформация соответствует отрезку АВ{, а внешняя сила Pj - отрезку B]Pi. Стяжные болты и промежуточные детали в этом случае не оказывают влияния на деформацию и жесткость блока подушек. Сравнение формул (8.6.40) и (8.6.45) показывает, что жесткость блока подушек при жесткой их затяжке несколько выше (на 10 -15 %), чем при плавающей затяжке, что, однако, не имеет большого значения, так как мало сказывается на общей жесткости клети (на 4 - 6 %). При расчете станинных ПНК, применяемых обычно с плавающей затяжкой, деформацию определяют также по формуле (8.6.45).
Следует иметь ввиду, что все приведенные зависимости определены для вертикальных деформаций без учета изгиба подушек и станин, которые учитывают при расчете блоков подушек (см. рис. 8.6.38).
Конструирование станин. При конструировании Станин прежде всего определяют размеры окна. Высота окна зависит от требуемой высоты подъема валка. Ширину окна для станин закрытого типа принимают больше диаметра валков по буртам из условий их смены, для станин открытого типа - в зависимости от ширины подушки, которая, в свою очередь, определяется конструкциями подшипникового узла и самой клети. Например, в предварительно напряженных клетях ширина подушки зависит от размещения подшипника и двух нажимных винтов по обе стороны от оси валка. В станинных ненапряженных клетях при использовании ПЖТ ширина подушки определяется размещением каналов подвода и слива масла. Если в станине открытого типа предусмотрена боковая перевалка валков, то к ширине этой станины добавляют также и требование, аналогичное требованию к ширине закрытой станины.
Размеры сечений стоек и поперечин определяют расчетом. Предварительно задают площадь сечения стоек по практическим данным. Исходя из условия, что прочность станин должна быть больше прочности шеек валков, воспринимающих одинаковые силы, площадь сечения стоек принимают следующей: 7*2 = (1,0 - 1,6)J2, ще /2 - площадь сечения стойки; d - диаметр шейки валка.
Основная форма сечения стоек - вытянутый в направлении действия изгибающих моментов прямоугольник с отношением сторон 1,3 - 2,0 (для черновых клетей принимают меньшие значения, для чистовых - большие).
Обе станины соединяют между собой болтами с распорными трубами либо траверзами с фланцами, образуя узел станин. По бокам внизу станины имеются специальные приливы, называемые лапами, с помощью которых станины закрепляют на плитовинах. Расстояние между осями лап или плитовин в среднем равно:
Б = (3-4)Д	(8.6.46)
где D - диаметр валка.
Станины рабочих клетей обычно изготовляют литьем, используя сталь марки 35Л по ГОСТ 977-88. Допустимые напряжения для деталей станин, МПа: 50 - 70 в поперечинах; до 50 в стойках.
При уточненном расчете определяют запас прочности станины:
2a_ieneM а = ~^---F“
(8.6.47)
где - предел выносливости стали при симметричном цикле; значения a_j для деталей станин: 0,4ств в поперечинах, 0,28ав в стойках; 8П - коэффициент влияния качества поверхности: для грубо обработанных поверхностей станин еп = 0,85, для литой поверхности без обработки £п = 0,7; Ем - коэффициент влияния масштабного фактора: для размеров более 200 мм ем = 0,6; алода - номинальное напряжение в рассматриваемом сечении, рассчитанное по приведенным выше зависимостям (см. рис. 8.6.38); Кс - эффективный коэффициент концентрации напряжений в рассматриваемом сечении, определяемый по формуле (8.6.7); в этой формуле коэффициент q чувствительности литой стали станин к концентрации напряжений, характеризуемый коэффициентом концентрации К^.
Ка.........	1,2	1,5	2,0
0,2	0,4	0,54.
МЕХАНИЗМЫ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
479
Теоретический коэффициент концентрации Ка в зависимости от вида концентратора выбирают по справочникам.
Для предохранения станины от усталостного разрушения запас прочности должен быть па £ 2.
Небольшие станины, изготовленные из слябов, имеют более высокие технические характеристики.
8.6.6. МЕХАНИЗМЫ РАДИАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
Механизмы радиальной установки валков предназначены для регулирования:
раствора валков с целью обеспечения прокатки профилей заданных размеров;
положения валков по отношению к уровню рольгангов и валкам других клетей (последнее у непрерывных станов - для обеспечения прямолинейности оси прокатки).
В клетях 2- и 4-валковых раствор валков регулируют, перемещая верхний валок. Нижним же валком лишь корректируют уровень прокатки.
В клетях 3-валковых раствор валков регулируют перемещением только верхнего и нижнего валков, средний валок неподвижен.
В клетях сортовых станов (кроме обжимных клетей и универсальных балочных) раствор валков после каждого рабочего хода не корректируют. Регулировку проводят в процессе прокатки или во время пауз только с целью подстройки для компенсации износа валков или неправильного их положения.
Конструкция установочных механизмов зависит от типа стана и конструкции клети.
Механизмы установки валков по конструкции рабочих элементов подразделяют на следующие типы: клиновые, винтовые, вмонтированные в станине; винтовые, смонтированные в подушках; эксцентриковые.
Рис. 8.6.41. Механизм радиальной установки валков клинового типа для клети чистового блока 160 проволочного стана конструкции ВНИИМЕТМАШ
480
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Клиновые механизмы. Механизм для клети 160 показан на рис. 8.6.41. Валки установлены консольно на валах, смонтированных в подвижных рычагах, на ПЖТ. Раствор валков регулируют симметричным поворотом рычагов 7 и 2 с валами 3 и 4 рабочих валков при перемещении клина 5, расположенного между ними в расточках корпуса.
В верхнем и нижнем корпусах клети установлены гидроцилиндры 6 и 7 плунжерного типа, которые через цилиндрические подпятники давят на подвижные концы рычагов 1 и 2, прижимая их к клину с силой, обеспечивающей предварительно напряженное состояние узла при прокатке.
На одном из концов двухопорного само-тормозящего клина имеется резьбовая нарезка, на которую насажено червячное колесо <?, зафиксированное коническими роликоподшипниками и приводимое во вращение вручную с помощью червяка 9. Хвостовик червяка с лимбом выведен на передний торец корпуса клети. Регулирование раствора валков можно осуществлять в пределах ±5 мм, что соответствует углу поворота каждого рычага на 2°. Клиновые механизмы применяют в станинных клетях в основном для установки нижнего валка на уровень прокатки; они имеют ручной привод через винтовую пару.
Преимущество клиновых механизмов -высокая жесткость, недостаток - малый интервал регулирования.
Винтовые механизмы (см. рис. 8.6.9), смонтированные в станине, широко применяют в станинных ненапряженных клетях. Нажимные винты, установленные в гайках, закрепленных в крышке станины, имеют индивидуальный привод от электродвигателя через двухступенчатую червячную передачу. Положение винтов контролируют с помощью циферблата и двух стрелок, каждая из которых связана через коническую зубчатую пару с одним из нажимных винтов.
Уравновешивание верхнего валка осуществляется пружинами и траверсой, на которой подвешены подушки.
Механизм установки нижнего валка имеет нажимные винты такой же конструкции, что и верхний. Ручной привод осуществляется через одноступенчатые червячные редукторы с помощью рукоятки, которая передает вращение червякам через храповые устройства, с возможностью совместной и раздельной работы винтов.
Привод верхних нажимных винтов рассчитан на установку верхнего валка в процессе прокатки, привод нижних - на установку нижнего валка во время пауз для вывода калибров на ось прокатки.
Основной недостаток этих устройств -низкая жесткость, что определяется большим
числом деталей и контактных пар, передающих силу от подушки на станину. Незначительная сила переуравновешивания верхнего валка обычно не позволяет устранить упругую контактную деформацию сопрягаемых пар.
Винтовые механизмы, смонтированные в подушках, получили распространение в связи с развитием клетей повышенной жесткости. Их применяют в станинных и бесстанинных предварительно напряженных, а также бесстанинных ненапряженных клетях. Механизм такого типа показан на рис. 8.6.11, 8.6.13 и 8.6.14.
На каждой из верхних подушек по обеим сторонам подшипников закреплены по две гайки, в которых установлены нажимные винты, упирающиеся в подпятники нижних подушек, либо зафиксированные в нижних подушках. Верхние и нижние подушки сжаты между собой устройствами предварительного напряжения через нажимные винты, и образуют жесткий блок подушек [у предварительно напряженных подушек (ПНК)].
Привод каждой пары винтов одной стороны клети общий, осуществляется от электродвигателя, редуктора, установленных ча верхней подушке у бесстанинных или на станине - у станинных клетей. Механизмы у ПНК обычно рассчитаны на работу при действии сил предварительного напряжения.
Эксцентриковые механизмы применяют в моноблочных клетях и некоторых бесстанинных ПНК (см. рис. 8.6.12).
Точную установку раствора валков в бесстанинных ПНК осуществляют поворотом эксцентриковых втулок, в которых установлены ПЖТ верхнего валка. Эти втулки поворачивают вручную (в другой конструкции - электродвигателем) через двухступенчатые червячные передачи, корпуса которых крепят к подушке.
Положение оси нижнего валка постоянно.
Эксцентриситет втулок составляет 7, 5 мм, что при их повороте на угол ±42° от среднего положения дает вертикальное перемещение оси верхнего валка на ±5,0 мм. Грубую регулировку при сборке клети после очередной переточки проводят прокладками, устанавливаемыми между подушками.
Эксцентриковый механизм моноблочной клети показан на рис. 8.6.15. Здесь валы обоих валков установлены в эксцентриковых втулках, регулируемых одновременно с помощью реечно-винтового механизма и конической передачи.
Преимущества эксцентриковых механизмов - высокие жесткость, технологичность, а также простота конструкции применительно к моноблочным клетям как с двухопорными, так и с консольными валками; недостатки - малый интервал регулирования, ослабляются (конструктивно) шейки (валов) валков, огра
МЕХАНИЗМЫ ОСЕВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
481
ниченность утла поворота при наличии валков на ПЖТ, значительные моменты трения втулок при ретулировании во время прокатки.
Расчетные зависимости. Момент для вращения винта (МН • м), который принимают при движении винтов в сторону валков с плюсом и от валков - с минусом, равен:
М = Р + —~tg(p±a) , (8.6.48)
где Р - сила, приходящаяся на винт, МН; d3> dcp - диаметры соответственно пяты нажимного винта и средний резьбы, м; ц - коэффициент трения в пяте винта; р и a - углы соответственно трения в резьбе и подъема резьбы.
Силу Р можно определить по формулам: для станинных ненапряженных клетей: при холостом ходе
Р = Q - G,
ще Qh G - силы соответственно уравновешивания и собственной тяжести уравновешиваемых деталей, приходящиеся на один винт; обычно Р = (0,2 ... 0,4)6;
при прокатке Р - наибольшая сила, приходящаяся на шейку валка; обычно Р = (0,65 ... 0,85)Рпр
тах» гДе Рпр тах  наибольшая сила прокатки; меньшие значения Р из интервала принимают при короткой бочке валка;
для ПНК (без снятия напряжения и при двух винтах на подушке):
при холостом ходе
Р = 0,5- (0,65 ... 0,85)Рпртах^п.н.,
ще Кп н коэффициент предварительного напряжения; принимают = 1,25 ... 1,4;
при прокатке
Р =	* (0>65 ... 0,85)(Рпр тах^п.н.  Рпр),
где Рпр - сила прокатки при рассматриваемом режиме.
При наличии осевого гидрораспора валков и других особенностей конструкции силу Р необходимо скорректировать.
Диаметр d\ наименьшего сечения нажимного винта выбирают из условия
P = -^-Rd,	(8.6.49)
4
где Rtf - допустимое напряжение для материала винта; при использовании кованой стали (ств = 600 ... 700 МПа) Д/ = 100 ... 120 МПа.
Материал нажимных винтов - сталь 40Х и 40ХН, материал гаек - бронза БрАЖ9-4 или БрАЖМцЮ-3-1,5.
Размеры гайки (наружный диаметр D и высота Н) зависят от наружного диаметра резьбы do и исполнения винта:
для сплошного винта
D = (1,5 ... i,6)flf0; Н= (1,2 ... i,6)flf0;
для полого винта
D= 1,4</0; Н= (0,75 ... 0,8)</0-
Деформация резьбового соединения (винта /ъ и гайки м, при стальном винте и бронзовой гайке (— > 0,04, где 5 - шаг резь-«0 бы) равна:
Р _ (2,2 ... 2,4)РЯ в /г £B(FB+0,5Fr)’
(8.6.50)
где - модуль упругости материала винта, МПа; Ръ и FT - площади сечения винта и гайки, м2.
Диметры и шаги резьбы нажимных винтов должны соответствовать табл. 8.6.27.
8.6.7. МЕХАНИЗМЫ ОСЕВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
Механизмы осевой установки валков предназначены для жесткого фиксирования и регулировки взаимного расположения калибров валков в осевом направлении. Эти механизмы должны допускать беспрепятственную возможность регулирования раствора валков.
При прокатке симметричных профилей направление осевых сил может меняться по причине неустойчивого положения раската в калибре либо из-за некоторого первоначального взаимного смещения валков. Поэтому абсолютная величина и направление осевых сил не поддаются настройке. При прокатке простых симметричных профилей для расчета принимают осевые силы равными 10 % радиальных.
Все устройства осевой установки валков можно подразделить на четыре группы - двухсторонние прижимные, односторонние рычажные, односторонние винтовые и устройства с осевым гидрораспором валков.
Двухсторонние прижимные устройства обеспечивают прижатие двух подушек друг к другу через валок. Это достигается с помощью болтов, прижимающих подушки с внешней стороны через фланцы (рис. 8.6.42) или откидные планки (рис. 8.6.43). Второй способ проще и удобнее в отношении смены валков, однако при значительном вертикальном регулировании валка положение прижима относи-
16 S.IK 10Х
482
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.27. Диаметры и шаги (мм) резьбы нажимных винтов
Диаметр нажимного винта	Шаг резьбы S			Диаметр I нажимного винта	Шаг резьбы S		
	1-й ряд (мелкий)	2-й ряд (нормальный)	3-й ряд (крупный)		1-й ряд (мелкий)	2-й ряд (нормальный)	3-й ряд (крупный)
60	3	8	-	300	12	24	44
70	4	10	-	320	12	24	44
80	4	10	-	340	12	-	44
90	4	12	-	360	12	-	-
100	4	12	-	380	12	-	-
110	4	12	-	400	12	-	-
120	6	14	-	420	18	-	-
140	6	14	-	460	18	-	-
160	6	16	28	480	18	-	-
180	8	18	28	500	18	-	-
200	8	18	32	540	24	-	-
220	8	20	36	560	24	-	-
250	12	22	40	600	24	-	-
280	12	24	40	640	24	-	-
Примечания: 1. Шаг резьбы 2-го и 3-го ряда для диаметров d$ более 400 мм устанавливают при проектировании; в этом случае а - угол подъема средней винтовой линии резьбы - не должен превышать 2° 50’.
2. Профиль резьбы для шага 5, принятого по таблице, должен соответствовать ГОСТ 10177-82 (резьба упорная) либо ГОСТ 9484-81 и ГОСТ 24737-81 (резьба трапецеидальная).
Рве. 8.6.42. Устройство осевой установки валков с двусторонним прижимом подушек болтами через фланцы
Рис. 8.6.43. Устройство осевой установки валков с двусторонним прижимом подушек болтами через откидные фланцы
МЕХАНИЗМЫ ОСЕВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
483
телъно оси валка изменяется, что приводит к защемлению подшипника. Двухсторонние устройства применяют для валков с текстолитовыми подшипниками, которые фиксируются на валке только в одном направлении.
Общие недостатки - большое число болтов, необходимость обслуживания клети с обеих сторон, малая жесткость, отсутствие самоустановки подушек, необходимость ослабления осевой фиксации при регулировании раствора валков.
Односторонние рычажные устройства (так называемые форкопфы) обеспечивают фиксацию и осевую установку валка через подушку с одной, обычно неприводной стороны для горизонтальных клетей и сверху - для вертикальных клетей. Их применяют в случае установки валков на подшипниках качения или ПЖТ, коша валок зафиксирован на подушке с неприводной стороны в обоих направлениях.
В связи с тем, что подушка с приводной стороны при этом не зафиксирована на станине в осевом направлении, ее фиксируют на валке с помощью более легких подшипников, чем подшипники с неприводной стороны.
Особенность применения рычажных устройств в бесстанинных клетях - это перемещение относительно неподвижных подушек и фиксация валка, осуществляемая через стакан упорного подшипника, имеющий для этих целей фланцы.
Наибольшее распространение в клетях сортовых станов получили односторонние двухрычажные устройства для осевой установки валков (рис. 8.6.44) и их разновидности. Фланцы 1 подушки 2, установленной в направляющих пазах станины 3 клети, фиксируются двумя рычагами 4 и 5 через шарнир относительно станины. Положение рычагов регулируют соединительными тягами 7 и «У, одна из которых работает на растяжение, другая -на сжатие.
Рас. 8.6.44. Одностороннее двухрычажное устройство осевой установка валков
На фланцах подушки на уровне оси валка имеются сферические элементы 9, которые предназначены для создания более благоприятных условий самоустановки подушек. Это устройство применяют для установки валков с одним и двумя приводными концами. В последнем случае рычаги выносят выше или ниже уровня валков.
Осевые силы при прокатке передаются на станину упорными подшипниками, установленными в регулируемой подушке с фланцами.
Поскольку валок в осевом направлении регулируют вместе с подушками, то валок относительно подушек неподвижен, поэтому уплотнения (лабиринты, пружины торцевых уплотнений) не рассчитаны на перемещение валка в подушке.
С целью упрощения рычажные устройства применяют с одной тягой вместо двух.
На рис. 8.6.45 показано устройство однорычажного типа фирмы "Зимаг" (Германия). Фланцы подушки взаимодействуют с внешними и внутренними кулачками, установленными на стойках станин на одних и тех же шарнирах. Внешние и внутренние кулачки взаимодействуют между собой через установочные винты, расположенные на внешних кулачках вблизи шарнира. Внешние кулачки стянуты между собой резьбовой тягой. В связи с тем, что силы.сжатия фланца подушки замыкаются в кулачках и не передаются на тягу, последняя не напряжена. Это снижает жесткость устройства. Кроме того, имеется три болтовых соединения.
Рис. 8.6.45. Одностороннее однорычажное устройство осевой установки валков фирмы "Зимаг" (Германия)
16*
484
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рычажно-клиновое устройство фирмы "Шлеманн" (Германия) (рис. 8.6.46) обеспечивает более жесткую осевую установку подушек.
Функцию перемещения подушек выполняет рычажная пара 7, взаимодействующая с установочными клиньями 2 посредством сферических кулачков 5, входящих в прорези клиньев. Вторая рычажная пара с кулачками 4 предназначена для фиксирования подушки на станине. В случае, если сила прижима подушки к клиньям больше осевых сил прокатки, система станина - подушка является предварительно напряженной и работает как монолит.
В связи с тем, что жесткое фиксирование подушек уменьшает возможность их самоуста-новки, все рычажные устройства выполняют с малой длиной контакта. Учитывая это, а также и то, что необходимо фиксировать подушки на
Рис. 8.6.46. Одностороннее рычажно-клиновое устройство фирмы "Шлеманн" (Германия)
уровне оси валков независимо от их вертикальной установки фланцы подушек снабжают сферическими элементами (рис. 8.6.47).
Рассмотрим силы, действующие в рычажных устройствах. В процессе совмещения калибров подушка с валком перемещается по оси Ху а при изменении межвалкового расстояния - цо оси у. Кроме того, в процессе прокатки происходит прогиб валков, сопровождаемый угловым перемещением подушек.
При перемещении подушки по оси х во время осевого регулирования валка (направление перемещения указывает стрелка К (см. рис. 8.6.47, а) защемляющий момент (МН • м), приложенный к подушке, равен:
Мх — ?Ха — КуЦД> (8.6.51)
где Тх - сила трения в контакте подушки с нажимным винтом, МН; Ry - реакция нажимного винта от действия силы прокатки Р/, ц -коэффициент трения.
Из уравнения (8.6.51) следует, что основной причиной возникновения момента Мх, а следовательно и защемления подушки, являются силы трения и их плечо. Поэтому для уменьшения момента Мх следует фиксировать подушки на станинах с обеспечением возможности их самоустановки. В этом случае перемещение валков осуществляется по поверхности трения радиальных подшипников, в результате чего силы трения, препятствующие перемещению, близки к нулю, так как скорость перемещения валка в осевом направлении во много раз меньше линейной скорости скольжения валка в подшипниках.
Рис. 8.6.47. Схема действия сил в рычажных устройствах осевой установки валков: а - при перемещении подушки (по стрелке X) во время осевого регулирования валка; б - при перемещении подушки (по стрелке Б) во время регулирования раствора валков
МЕХАНИЗМЫ ОСЕВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
485
При перемещении подушки во время регулирования раствора валка в направлении оси у (по стрелке Б, см. рис. 8.6.47, б) момент защемления (МН • м) подушки
MY = Ту£ = Fxii£, (8.6.52)
где Ту - сила трения на контактных поверхностях рычажного устройства с фланцем подушки, МН; I - плечо действия этой силы, м.
Эффективными мерами, направленными на уменьшение момента Муу действующего на подушку при регулировании раствора валков, следует считать уменьшение сил трения Ту и плеча их действия. Это достигается расположением фиксирующих устройств по оси нажимных винтов, что, однако, невозможно выполнить с применением устройств рычажного типа.
Основные недостатки рычажных устройств сводятся к следующему:
наличие защемляющего момента в подушке в результате удаления фланцев от оси нажимного винта;
необходимость освобождения фланцев подушки при регулировании раствора валков для того, чтобы предотвратить защемление подшипников, что предусмотрено инструкциями по эксплуатации станов; эти операции затрудняют эксплуатацию стана и увеличивают простои на настройку;
недостаточная жесткость, обусловленная многозвенностью нагруженных элементов, что приводит к необходимости усиления деталей устройств.
Устройства винтового типа более совершенны. В этих устройствах механизм фиксирования и перемещения валка располагается соосно валку.
На рис. 8.6.48 приведено устройство с повышенной осевой жесткостью, достигаемой в результате использования массивных крепежных деталей малой длины. Коническая втулка 7 ПЖТ установлена на конической части валка 2 и фиксируется с внутренней обоймой подшипника 4, которой не дает проворачиваться шпонка 5. Подшипник от осевых перемещений по шейке валка фиксируется гайкой 6. Одно из двух наружных колец радиально-упорного подшипника 4 установлено в расточке нажимного винта 7, выполненного заодно с зубчатым колесом. Второе наружное кольцо подшипника располагается во втором нажимном винте 8У также выполненном заодно с зубчатым колесом. Нажимные винты 7 и 8 центрируются друг относительно друга. Подшипниковые кольца подпружинены пружинами 9. Зубчатые колеса винтов взаимодействуют с приводной вал-шестерней 10, снабженной пружиной 77, и фиксируются гайкой 12.
Рис. 8.6.48. Винтовое устройство осевой установки валка
Корпус ПЖТ крепят к станине через шарниры 13.
Нажимные винты 7 и 8 выполняют две функции: осевое перемещение валка и регулирование зазора между обоймами и телами качения радиально-упорного подшипника. В этой конструкции предусмотрены независимое регулирование валков и самоустановка подушек. Для нее также характерны высокая жесткость и возможность применения такой конструкции в случае валка с двумя приводными концами.
Несмотря на значительные преимущества, винтовые устройства не нашли широкого применения, в то время как рычажные, значительно уступающие им по техническому уровню, являются наиболее распространенными. Это можно объяснить эксплуатационной сложностью первых и простотой вторых.
Общим принципиальным недостатком всех рассмотренных устройств является остающиеся монтажные зазоры в упорных подшипниках, снижающие точность осевой установки валков даже при высокой жесткости самих устройств.
Устройства, с осевым гидрораспором валков (рис. 8.6.49) или с осевой установкой валков без зазора, разработанные ВНИИМЕТМАШ, основаны на принципе сжатия гидравлическим цилиндром всех деталей валкового узла, воспринимающих осевые силы.
486
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.49. Устройство с осевым гидрораспором валков конструкции ВНИИМЕТМАШ
Валок 1 установлен в подушках 4 и 10 на радиальных подшипниках 7. Подушки имеют шарнирные устройства 5, взаимодействующие со стойками Г-образного сечения 6 станин. Подушка 4 содержит гидроцилиндр 2 и плунжер 3, а подушка 10 - нажимной винт 9. Давление в гидроцилиндре через упорный подшипник 8, дистанционные детали и валок передается на второй упорный подшипник, затем на нажимной винт. Силовая цепь замыкается на станине через шарниры 5. Таким образом, все детали, расположенные в цепи осевой установки валков, находятся в предварительно напряженном состоянии.
Осевое перемещение валка производится вращением нажимного винта. При этом валок и все детали, расположенные между упорными подшипниками, перемещаются относительно неподвижных подушек. При перемещении валка в сторону гидроцилиндра излишек масла вытесняется во внешнюю гидросистему, а в случае перемещения в сторону нажимного винта объем масла пополняется, сохраняя при этом заданное давление.
Основные преимущества клетей с осевым гидрораспором валков:
высокая осевая жесткость, позволяющая повысить точность прокатки, а также уменьшить расход валков устранением замковых элементов на валках в случае прокатки несимметричных профилей;
не требуется специальная осевая фиксация подшипников на валках и в подушках, а также подушек на станине, что упрощает обслуживание и эксплуатацию клетей.
Имеются две основные схемы гидрораспора, отличающиеся расположением гидроци-лиццров: схема с односторонним (рис. 8.6.50, а) и схема с диагональным (рис. 8.6.50, б) расположением гидроцилиндров.
0
Рис. 8.6.50. Схемы гидрораспора валков: а - с односторонним расположением гидроцилиндров; б - с диагональным расположением гидроцилиндров;
Первая схема целесообразна в случае неопределенного направления осевых сил Рх, например при прокатке симметричных профилей. Силу осевого гцдрораспора Qx назначают из условия постоянства контакта в опорных точках а и Z>:
Qx=KXPX> (8.6.53)
где Кх - коэффициент предварительного нагружения; обычно Кх= 1,2 - 1,5.
Наиболее нагруженными являются упорные подшипники, воспринимающие суммарную силу Qx + Рх (см. рис. 8.6.50, а). Вторая схема целесообразна в случае постоянного направления и больших абсолютных значений осевых сил Рх (например при прокатке несимметричных профилей). В этом случае с целью увеличения долговечности упорных подшипников принимают Кх — 0,2 - 0,5.
Расчет осевой деформации валков выполняют с учетом того, что эта деформация является суммой деформаций сжатых элементов, включая их контактные деформации, и станины.
МЕХАНИЗМЫ ОСЕВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛКОВ
487
Расчет деформации станины очень важен, так как эта деформация играет существенную роль в общей деформации клети.
При расчетах массивную нижнюю часть станины в сочетании с жестким креплением к плитовине принимают как заделку стоек. Верхнюю связь станины приравнивают к шарнирной тяге. Расчетные схемы с учетом таких допущений приведены на рис. 8.6.51.
Первоначальная деформация станины от воздействия сил Qx гидроцилиндров является настраиваемой. Поэтому она не оказывает влияния на смещение валков. Таким образом взаимное смещение валков равно алгебраической сумме деформаций станин в точках а и Ь при действии только осевых сил Рх.
Деформации, соответствующие направлению действующих сил, считаются положительными. В табл. 8.6.28 приведены формулы для расчета взаимного смещения валков от деформации станин.
Схема / дает в 1,5 - 2,0 раза более высокую жесткость по сравнению со схемой Я, так как в последней перемещения обеих стоек суммируются. Преимуществом схемы I является также однотипность конструкции узлов
верхнего .и нижнего валков, поэтому там, где это возможно, следует использовать схему I.
Применение гидрораспора с запертым объемом жидкости дает несколько более высокую жесткость системы, однако, ввиду сложности оно не оправдывает себя.
Осевую податливость (или жесткость) клети с осевым гидрораспором приближенно рассчитывают на основе определения податливости станины по формулам табл. 8.6.28 с учетом практического соотношения податливостей элементов системы (при наличии упорных подшипников качения), приведенных в табл. 8.6.29.
Осевой гидрораспор валков применяют как в клетях обычной конструкции, так и в предварительно напряженных клетях. В табл. 8.6.30 приведены экспериментальные значения осевой жесткости некоторых клетей с осевым гидрораспором.
Значения осевой жесткости соответствуют минимальным коэффициентам предварительного нагружения Кх> обеспечивающим напряжение системы. При увеличении Кх> т.е. сил гидрораспора, жесткость клетей повышается, однако снижается долговечность упорных подшипников.
Рис. 8.6.51. Расчетные схемы нагрузок на станину при осевом гидрораспоре валков: а - схема Г, б- схема II
488
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
8.6.28. Формулы для расчета взаимного осевого смещения валков при деформациях станин
Определяемая величина	Формула для расчета
Статически неопреде-	Расчетные схемы I и II
лимая сила, МН	
	Рх
	Х =			7^	ч		
	
	
	b pi)
Деформация станины	Расчетная схема I
в точках а и b прило-	
жения сил, м	5, 1	«iL.ll (,.6И| EJ 3	2 1 1 3J 2 1 1 37 ’
	. i Гл-С2 fxci(. сЛ хе2( Г|1 8» = EZl 3	2 Г2’ зГ з Iе2’3,1] (8-655)
	Расчетная схема II
	.	1 [ЛС] хе2( л!
	“ EJ 3	2 1 1 3J
	_	1	XI2 ( л]
	8» =	~	~ 1 с2	(8.6.57) EJ 3	2 V 37
Смещение валков, м	Расчетные схемы I и II
	k = da-Sb	(8.6.58)
Примечание./- момент инерции двух стоек одной станины, м4; F\ - суммарная площадь поперечного сечения двух верхних связей станины, м2; другие обозначения см. на рис. 8.6.50 и 8.6.51.
8.6.29. Распределение податливости напряженного контура осевой установки валков с гидрораспором (открытая гидросистема) для клети ПНКОГ 320/260
Элементы клети	Податливость контура при расположении торцевых гидроцилиндров			
	одностороннем (7)		диагональном (Л)	
	10-3 мм/кН	%	10’3 мм/кН	%
Станина	0,470	31	1,050	50
Подшипники	0,613	41	0,613	30
Детали валка и подушки	0,414	28	0,414	20
Всего	1,500	100	2,070	100
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
489
8.6.30. Осевая жесткость клетей с осевым гидрораспором
Расположение торцевых гидроцилиндров в клети	Осевая жесткость Су, кН/мм		
	клети 270	ПНКОГ 320/260	ПНКОГ 350/300
Одностороннее при открытой гидросистеме	350	560	800
Одностороннее при закрытой гидросистеме	-	600	-
Диагональное при открытой гидросистеме	-	360	-
8.6.8. УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
Способы перевалки. Смена валков, называемая в практике перевалкой, требуется в связи с износом, а также при переходе на прокатку другого профиля. При смене валков, когда это необходимо, меняют также подшипники, уплотнения и другие быстроизнаши-вающиеся детали. Перевалку, являющуюся вспомогательной операцией, проводят при остановленном стане, поэтому ее ускорению и механизации этой операции уделяют большое внимание. Это обусловило рост производительности станов, но также привело и к усложнению конструкции рабочих клетей.
Способ перевалки зависит от типа стана, конструкции клетей, их массы, наличия в цехе соответствующих грузоподъемных средств и свободных площадей. С другой стороны, особенно при новом проектировании, большинство этих параметров определяется выбором наиболее рационального для данного стана способа перевалки.
Применяют следующие основные способы перевалки:
валками (отдельными валками, отдельными валками с подушками или полным комплектом валков с подушками);
клетями (с последующей сменой валков вне линии стана).
Каждый из указанных способов перевалки осуществляют, в свою очередь, различными по схеме и конструкции устройствами.
Перевалка краном. Перевалку отдельными валками без подушек и подшипников, а также с подушками проводят в клетях 2- и 3-валковых устаревшей конструкции с валками на текстолитовых подшипниках. В этом случае выемку и установку валков осуществляют краном с помощью тросов. У клетей с открытыми станинами смену валков с подушками выполняют краном вверх.
Перевалку с помощью муфт или скоб отдельных валков клетей с закрытыми станинами выполняют при наличии свободного места с неприводной стороны
(отдельно стоящие клети и чистовые клети линейных станов). Валки с подушками выводят в сторону.
Перевалка комплектом валков с подушками - операция, применяемая, главным образом, на крупных клетях станов различных типов, кроме линейных (из-за отсутствия места), в основном там, где масса клети превышает грузоподъемность транспортных средств, что делает невозможным перевалку клетями.
Простейший способ такой перевалки заключается в удалении комплекта валков из клети: вверх - для клетей с открытой станиной (предварительно подушки соединяют между собой винтами, скобами и т.д.) и вбок, через окно - для закрытых станин. При последнем способе перевалки комплект валков выдвигают из клети с помощью тележек различной конструкции на ход, превышающий длину валка, снимают краном старый комплект и устанавливают новый на тележку и заводят с ее помощью в клеть.
Основные недостатки такой перевалки отдельными валками с подушками, а также комплектами валков с подушками - длительность и ' трудоемкость операции перевалки, включающей не только смену валков, но и настройку, установку валковой арматуры.
Перевалка с помощью кассеты (рис. 8.6.52) - более совершенная разновидность перевалки комплектами валков.
Комплект валков с подушками установлен в П-образной кассете, помещенной в проеме станин. В кассете имеются устройства для осевого регулирования валков, радиальной фиксации среднего валка с подушками, уравновешивания верхнего валка. В кассете также крепят и настраивают по валкам вводные и выводные проводки.
При перевалке после снятия крышки станины кассета с валками удаляется краном вверх, а на ее место ставится новая кассета с валками.
Валки с подушками вынимают из кассеты на стенде вне линии стана после удаления
490
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.52. Рабочая 3-валковая клеть с кассетой для перевалки комплекта валков с подушками
верхних стяжек, связывающих две полукассеты. Опыт показывает, что в установке верхних стяжек вообще нет необходимости.
Установку новых валков с подушками в кассету, полную настройку валков и арматуры проводят в кассете, после чего кассету вместе с настроенными валками устанавливают сверху в клеть. Верхний и нижний валки монтируют на прокладках. После крепления крышки станины кассету фиксируют в вертикальном направлении клиньями, в направлении осей валков -с помощью пазов станины.
Важное преимущество такого способа перевалки - сокращение времени перевалки, так как наиболее длительные и трудоемкие операции по настройке валков и арматуры выполняют вне линии стана. Кроме того, для
выемки кассеты вверх не требуется площадь рядом с клетью, а также имеется возможность установить на кассету арматуру.
Недостатки способа - достаточно большие потери времени на перевалку, а также использование крана.
Перевалка клетями более широко распространена на высокопроизводительных станах, так как сокращает простои по сравнению с описанными ранее способами.
Простейший способ смены клетей заключается в смещении клети в направлении осей валков на расстояние, необходимое для рассоединения клетей со шпинделями, ее удалении и установке новой клети краном и ее перемещении в сторону шпиндельных устройств для соединения валков со шпинделями.
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
491
Клети или шпиндели перемещаются соответствующими механизмами (гидравлическими или электромеханическими). Основной недостаток - длительная работа крана при остановке стана для удаления старой клети и установке новой.
Способ перевалки клетями с частичным использованием крана позволяет убирать старую клеть после пуска стана. При перевалке старая клеть механизмом выдвигается из линии на расстояние, превышающее ширину клети. Новую клеть подают краном, устанавливают в линию и механизмом с коротким ходом перемещают в сторону привода, для соединения рабочих валков со шпинделями. Старую клеть удаляют краном после пуска стана.
Таким образом, продолжительность использования крана сокращается примерно вдвое по сравнению с предыдущим способом. При этом общее время перевалки уменьшается.
По аналогичной схеме, но в другой последовательности ВНИИМЕТМАШ решена перевалка жестких клетей 420 (рис. 8.6.53). Новую клеть во время работы стана устанавливают краном в положение А на направляющие 7, являющиеся продолжением опорных поверхностей плитовин 2 клети.
Старая клеть 5 короткоходовым гидроцилиндром, размещенным в основании шпиндельного стула, выдвигается из линии (положение Б) на расстояние, необходимое для рассоединения рабочих валков со шпинделями 3, занимая при этом положение Д после чего старую клеть удаляют краном. Новую клеть с помощью длинноходового гидроцилиндра 4 перемещают по направляющим в линию до соединения ее рабочих валков со шпинделями. Этот способ более удобен по сравнению с предыдущим, так как исключает подачу краном новой клети в линию во время остановки стана, заменяя ее более легкой операцией удаления старой клети. Время перевалки клети - 8 мин.
Перевалку гидравлическим устройством отдельных валков (рис. 8.6.54) проводят на клетях современной конструкции при консольной установке валков. Конструкция разработана ВНИИМЕТМАШ.
Устройство содержит силовой цилиндр 7, в корпусе которого установлен упор 2, выполненный в виде сегментных захватов 3 байонетного типа, а также поршень 4 с полым штоком 5, на котором имеются дополнительные сегментные захваты 6 байонетного типа. Захваты 3 на силовом цилиндре и захваты 6 на полом штоке поршня сориентированы друг относительно друга и зафиксированы в заданном положении направляющей осью 7, связанной с поршнем и установленной в корпусе силового цилиндра. Шпонка 8 удерживает поршень от проворота.
Устройство снабжено рукоятками 9, в которые вмонтированы кнопки 10 и 11, предназначенные для подачи давления соответственно на крепление (напрессовку) и съем (распрессовку) валка.
Устройство работает следующим образом. Валок 12 доводят до упора в дистанционный бурт приводного вала 13. При установке валка упоры 75 на промежуточной втулке 14 должны совпадать по углу с выступами 16 на хвостовике приводного вала.
Затем устройство устанавливают так, чтобы захваты 3 и 6 вошли в соответствующие пазы на промежуточной втулке и приводном валу. Поворотом устройства на 90° его запирают. Нажатием кнопки 10 давление масла подается .в штоковую полость. При этом полый шток поршня упирается своими захватами 6 в упор приводного вала, а силовой цилиндр, упираясь захватами 3 в торец промежуточной втулки, продвигает ее вперед, запрессовывая валок на приводном валу. После снятия давления освобождением кнопки 10 устройство поворачивают в обратном направлении на 90° и снимают.
Рис. 8.6.53. Схема перевалки клетью с частичным использованием крана
492
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.54. Гидравлическое устройство для смены консольных валков клетей чистового блока проволочного стана
Распрессовка валка происходит следующим образом. Устройство надевают так же, как это описано ранее, и поворачивают его на 90°. Нажатием кнопки 11 давление подают в поршневую полость. При этом шток 5 своим упором воздействует на торец приводного вала, а захваты 3 с силовым цилиндром, двигаясь назад, стягивают промежуточную втулку, освобождая валок.
На практике сила распрессовки больше силы напрессовки, поэтому чтобы не изменять давление масла в трубопроводе, напрессовку проводят при подаче давления в штоковую полость, распрессовку - в поршневую. Для уменьшения массы гидроцилиндр и поршень изготовляют из титанового сплава.
Техническая характеристика гидравлического устройства для перевалки отдельных валков
Сила, кН: напрессовки.................... 1505
распрессовки.................. 292
Давление масла, МПа................ 20
Ход гидроцилиндра, мм: рабочий........................ 10
полный........................ 15
Момент прокатки на одном валке, Н •	м....................... 350
Масса устройства, кг............... 6
Преимущество устройства - быстрая смена валка (около 2 мин); недостатки - трудности работы при валках больших диаметров. Так, при валках с наружным диаметром D = 300 мм масса устройства составляет 20 кг.
Перевалочные платформы для перевалки клетями или блоками клетей обеспечивают наиболее прогрессивный способ перевалки во время остановки стана (в этом случае краны не применяют).
Одну или несколько перевалочных платформ, соединенных в единый блок, устанавливают параллельно направлению прокатки со стороны обслуживания и перемещают по направляющим, например гидроцилиндром, на расстояние превышающее ширину клети. На каждой платформе предусмотрены места для старой и новой клетей с направляющими, которые совмещаются с направляющими рабочей линии (рис. 8.6.55, а).
Поперечное перемещение старых клетей 1-6 осуществляют длинноходовым гидроцилиндром, установленным непосредственно в рабочей линии. Шток этого гидроцилиндра замыкается с клетью. Новые клети Г - 6’ устанавливают на платформу во время работы стана. После остановки стана старые клети гидроцилиндром выдвигаются из линии на платформу (рис. 8.6.55, 6). Шток гидроцилиндра размыкается со старой клетью, платформа смещается по направляющим на ход,
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
493
а)
б)
е)
г)
Рис. 8.6.55. Схема перевалки клетей тележками без использования крана во время остановки стана превышающий ширину клети и равный расстоянию между поперечными направляющими на платформе. При этом новые клети устанавливают точно против оси рабочих линий (рис. 8.6.55, в). Штоки длинноходовых гидроцилиндров замыкаются с новыми клетями, и при обратном ходе по направляющим новые клети заводятся на рабочие места (рис. 8.6.55, г). Старые клети удаляются с платформы краном после пуска стана.
Преимущества устройства - достаточная простоту конструкции, все операции механизированы, возможна перевалка как горизонтальных, так и вертикальных клетей. Длинноходовой гидроцилиндр можно применять при переходе с калибра на калибр (в непрерывных группах). Для удобства обслуживания клетей платформы обычно располагают на уровне пола цеха так, что они являются продолжением настила из плит.
На современных непрерывных сортовых станах стремятся предельно сократить расстояние между клетями, особенно при прокатке с натяжением. В некоторых случаях расстояние между клетями меньше их двойной ширины, что не позволяет размесить перевалочные платформы у каждой клети. Для таких случаев фирмой "Крупп" предложена схема перевалки с помощью двух платформ, расположенных параллельно линии прокатки одна за другой, с установкой на одной нечетных клетей, а на другой - четных.
При собтветствующих перемещениях платформ осуществляется перевалка. Основной недостаток этой схемы - ее громоздкость: увеличено число перевалочных платформ и удлинен рабочий ход устройства для перемещения клетей в направлении осей валков.
Поворотные перевалочные круги различных типов используют для перевалки комплектов валков и клетей. Однако этот способ не нашел широкого применения из-за существенных недостатков, главные из которых -большие габаритные размеры, затрудненное сцепление шпинделей с валками и клети с механизмом передвижения.
Устройства, необходимые при механизированной перевалке валками и клетями. К таким устройствам относятся устройства для механизации крепления передвижных клетей и соединения шпинделей с валками, а также блоки автоматического подвода энергоносителей.
Устройства для механизации крепления передвижных клетей необходимы как для удобства перевалки, так и для перестройки с калибра на калибр. Крепление клетей осуществляют с помощью специальных зажимных устройств, устанавливаемых, как правило, на лапах станины клети или на плитовинах.
Основные требования, предъявляемые к конструкции зажимных устройств передвижных клетей:
сила прижима рабочей клети к плитовине должна обеспечивать надежное закрепление клети при нормальной прокатке с учетом ее вибрации и при аварийном режиме;
сила, создаваемая устройством при отжиме, должна превышать силу прижима, это условие необходимо для обеспечения надежного отжима клети, так как приходится преодолевать трение покоя заклинившихся и загрязненных рабочих элементов зажимных устройств, находившихся длительное время под воздействием нагрузки, воды и окалины;
конструкция зажимных устройств и их приводы должны обеспечивать гарантированное закрепление и раскрепление каждого зажима в отдельности и всех зажимов вместе;
надежность срабатывания; в частности, следует исключить подвод энергоносителей (например масла под давлением) во время прокатки;
зажимные устройства желательно располагать стационарно, без съема при перевалке, а также вне зоны действия воды и окалины, с обеспечением свободного доступа к ним для обслуживания и ремонта;
при наличии на рабочей клети катков для ее передвижения целесообразно, чтобы при закреплении клети исключалась передача силы зажима через катки.
494
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Все зажимные устройства, можно характеризовать двумя основными отличительными особенностями: местом установки и конструкцией прижимного элемента. Передвижение клетей применяют для перевалки и перестройки (при смене клетями) и только для перестрой]» (при смене валками), что и определяет место расположения зажимного устройства и его конструкцию.
При перевалке клетями зажимное устройство целесообразно располагать на плитовине, при этом не требуется отключать энергопитание. При перевалке валками зажимные устройства можно устанавливать непосредственно на лапах станины клети или на плитовинах.
По конструкции прижимного элемента устройства подразделяют на клиновые, винтовые, эксцентриковые, рычажные и упорные.
Наибольшее применение получили клиновые, эксцентриковые и упорные зажимные устройства, в меньшей степени - рычажные и винтовые.
Клиновые зажимы. На рис. 8.6.56 показан клиновой зажим конструкции фирмы СКЕТ (Германия), смонтированный в плито-вине клети. При подаче давления в штоковую полость гидроцилиндра 1 поршнем 3 перемещается самотормозящий клин 4, прижимающий лапу станины 6 к плитовине 7 с помощью стержня 2 с молотковой головкой.
Для освобождения клети масло подают в поршневую полость. При перемещении поршня с клином под действием пружины 5 поднимается стержень, освобождая лапу станины.
Техническая характеристика клинового зажима
Сила зажима, кН................... 123
Давление масла в цилиндре, МПа...	6
Сила развиваемая цилиндром, кН: при зажиме................... 34
при отжиме.................. 57
Ход, мм: поршня....................... 60
прижимного болта............ 4
Недостатки - съем клети возможен только из определенного нерабочего положения, ненадежность попадания головки стержня в паз станины при передвижении клети.
На рис. 8.6.57 показан клиновой зажим конструкций ВНИИМЕТМАШ. Зажимное устройство установлено в плитовине 1. Рабочая клеть 2 входит в паз плитовины и зажимается ползуном 3, имеющим клиновую поверхность а. Зажим клети осуществляется пружиной 4, освобождение - штоком 5 гидроцилин-дра 6. Тянущая сила гидроцилиндра принимается со значительным запасом для преодоления сил трения на поверхностях а, и цилиндрической направляющей ползуна, а также силы сжатия пружины. Корпус 7 зажима удерживается в плитовине 1 в продольном направлении разрезным хомутом 8. Цилиндрическая направляющая ползуна, для уменьшения сил трения наплавляется латунью.
I
Рис. 8.6.56. Клиновой зажим конструкции фирмы СКЕТ (Германия)
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
495
Рис. 8.6.57. Клановой зажим конструкции ВНИИМЕТМАШа
По положению пропущенного сквозь торцовую крышку 9 конца штока можно судить о том, зажата или освобождена клеть. Для контроля срабатывания зажима конец штока воздействует на конечный выключатель, с помощью которого предотвращает включение механизма передвижения клети при зажатой клети.
Преимущества зажимного устройства -подается масло только при остановке стана на время освобождения клети, удаление клети возможно при любом ее положении на плито-вине; недостатки - высокая точность выполнения клинового паза в клети и расточки под зажим в плитовине, а также возможность заклинивания ползуна.
Техническая характеристика зажима конструкции ВНИИМЕТМАШ
Сила, кН: зажима....................... 82
гидроцилиндра при отжиме....	106
пружины при зажиме.......... 27-47
Номинальный ход зажима, мм......	30
Давление в цилиндре при отжиме, МПа.............................. 6
Эксцентриковый зажим конструкции ВНИИМЕТМАШ дан на рис. 8.6.58.
Лапа клети прижимается к плитовине крюком 7, установленным на эксцентриковом валу 2, который поворачивается от гидроцилиндра 3 через рейку 4 и посаженную на эксцентриковом валу шестерню 5.
При повороте вала но часовой стрелке крюк в начале приподнимается эксцентриком, освобождая лапу станины, а затем откидывается в сторону при нажатии края паза, профре-
зерованного на эксцентриковом валу, на палец 6, закрепленный в крюке.
При вращении вала против часовой стрелки крюк в начале возвращается в вертикальное положение пружиной 7, а затем эксцентрик, опуская крюк, зажимает клеть.
Преимущества - возможность съема клети с любого места и удобство визуального контроля срабатывания.
Упорные зажимы. С-образный пружинный зажим приведен на рис. 8.6.59. Корпус зажима в виде С-образной скобы крепят к плитовине болтами. Прижим клети осуществляется пакетом тарельчатых пружин, отжим - гидравлическим устройством.
Достоинства - простота конструкции, надежное удержание клети от опрокидывания.
Широкое распространение получили плитовины с высоким посадочным пазом. Установка клети в плитовину с высоким пазом даже при отказе зажимных устройств позволяет надежно удерживать ее от опрокидывания во время прокатки, а также снимать клеть из любого положения. Клеть вставляется в паз плитовины по посадке, обеспечивающей свободное перемещение ее на весь рабочий ход.
Для предотвращения вибрации клети во время работы из-за наличия посадочного зазора между плитовиной и клетью, а также для предотвращения самопроизвольного передвижения вдоль паза, клеть прижимают к боковой или опорным плоскостям.
Упорный гидрозажим мембранного типа конструкции Череповецкого металлургического комбината показан на рис. 8.6.60. Прижатие клети осуществляется с помощью тарельчатых пружин 1 через поршень 2 головкой болта 3, находящейся в пазу станины клети. Отжим - подачей масла под давлением в полость под диафрагмой.
496
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Рис. 8.6.58. Эксцентриковый зажим конструкции ВНИИМЕТМАШа
Рис. 8.6.59. С-образный пружинный зажим конструкции фирмы ЖДЯС (Чехия)
УСТРОЙСТВА ДЛЯ СМЕНЫ ВАЛКОВ И КЛЕТЕЙ
497
Рис. 8.6.60. Упорный зажим мембранного типа конструкции Череповецкого металлургического комбината
Техническая характеристика упорного гидрозажима мембранного типа
Сила, создаваемая гидрозажимом, кН ... 25
Давление в гидроцилиндре, МПа......	5
Рабочий ход поршня, мм............. 1,6
Стенды - устройства, которые также применяют для меха н*и зации смены валков в клетях вне линии стана.
Широкое распространение получает смена валков на стендах раздвижкой двух половин клети без разборки верхних и нижних подушек.
Определение расчетных нагрузок, действующих на зажимные устройства. Рабочий режим. Наибольший внешний опрокидывающий момент Л/оп, (МН • м), действующий на рабочую клеть, возникает в случае неравномерного распределения моментов между валками при наличии заднего натяжения (переднего подпора) Т(рис. 8.6.61):
М0П = Та + (Ml - Мг) - Gy, (8.6.59) ще а и b - плечи сил, м; М\ и Mi - моменты прокатки, передаваемые приводом верхнему и нижнему валкам, МН • м; G - вес клети.
Рис. 8.6.61. Схема для расчета зажимных устройств
Результаты многочисленных исследований показывают, что наибольшая неравномерность распределения моментов по валкам возникает при производстве сортового проката. В этом случае моменты на валках округленно равны:
Мх = 0,65Л/пр;	(8.6.60)
М2 = 0,35Л/пр.	(8.6.61)
Натяжение (подпор) (МН) обычно не превышает:
498
Глава 8.6. ОБОРУДОВАНИЕ И РАСЧЕТЫ РАБОЧИХ ЛИНИЙ СОРТОВЫХ СТАНОВ
Т =	(8.6.62)
где CTj - предел текучести прокатываемого материала, МПа; F - площадь сечения полосы (при заднем натяжении - площадь сечения перед входом в валки, при переднем подпоре -площадь сечения после выхода из валков), м2.
Подставляя значения из формул (8.6.60 -8.6.62) в формулу (8.6.58), получим:
Л/оп =	+ 0,ЗЛГпр - 0,5Сй>. (8.6.63)
Сила отрыва, приходящаяся на зажимы одной стороны клети
Q = ^2П	(8.6.64)
D
При наличии только переднего натяжения (заднего подпора) или в случае М\ < М2 значения Q получаются меньше, поэтому их не определяют.
При креплении вертикальной клети, опирающейся на подъемный стол, к вертикальным плитовинам без боковых стоек в формуле (8.6.63) исключают последний член (не учитывают трение о винты или траверзы механизма подъема, на которые опирается клеть):
Моп = °>2ст sFa + 0,ЗМпр. (8.6.65)
Аварийный режим. Наибольший опрокидывающий момент Afon, действующий на рабочую клеть при аварийном режиме, возникает в случае передачи валкам максимального момента двигателя, идущего на пластическую деформацию и натяжение полосы. Если не учитывать изменение момента Л/пр (Н • м), направленного на прокатку металла при наличии натяжения, то натяжение полосы
т, Mjs»maxF\ ~ ^пр
2 = ----------Г-------»	(о.О.ОО)
0,51)	’	1	’
где / - общее передаточное число от двигателя к валкам; 4 - КПД передач; D - диаметр бочки валка, м.
Однако необходимо соблюдать условие отсутствия разрыва полосы:
T'^aF.	(8.6.67)
О
Опрокидывающий момент с учетом неравномерного распределения по валкам моментов, идущих на прокатку,
= Т'а + 0,ЗМпр - 0,5Сй>. (8.6.68)
Следует провести проверку опрокидывающего момента для случая поломки одного
шпинделя и передачи оставшимся шпинделям максимального момента, двигателя (без натяжения). При этом
^оп = да тах*Л —	(8.6.69)
Для расчета принимают большее из значений, полученных по формулам (8.6.68) и (8.6.69).
Силы, приходящиеся на зажимы одной стороны клети, равны:
q, _ и q„ _	(8.6.70)
и	и
Для вертикальных клетей
Min =7”<’ + 0,ЗМпР; (8-6.71)
Л^оп = ^дв max*1! (8.6.72)
Силу Q прижима клети следует принимать на 30 - 40 % больше расчетного значения. Напряжения в деталях прижима не должны превышать допустимые.
При действии сил Q' или Q” должны быть исключены поломки деталей, а также отжим рабочих элементов, который может привести к опрокидыванию клети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Блочные чистовые группы проволочных станов фирмы Morgan Construction: Обзорная информация. Вып. 78-И. М.: Черме-тинформация, 1978. 22 с.
2.	Ефимов А. С. Исследование прочности и изыскание резервов повышения долговечности сортопрокатных чугунных валков: Дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1976. 253 с.
3.	Ефимов А. С. и др. Опыт промышленной прокатки сортовых профилей в чугунных предварительно напряженных составных валках И Прочность и надежность металлургических машин. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1979. С. 76 - 80.
4.	Кузьменко А. Г. Мелкосортные станы: Состояние, проблемы, перспективы. М.: Металлургия, 1996. 368 с.
5.	Мельников Б. Ф., Сапожников А. Я., Ефимов А. С. Исследование и расчет основных параметров предварительно напряженных составных валков сортовых станов // Создание, исследование и внедрение машин для получения проката высокого качества. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1982. С. 28 - 32.
6.	Новые вертикальные бесстанинные предварительно напряженные клети сортовых станов с опорами валков жидкостного трения / А. И. Целиков, А. Я. Сапожников, И. А. Тодер и др. // Сталь, 1984. № 11. С. 48 - 52.
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
499
7.	Сапожников А. Я. Предварительно напряженные составные валки сортовых станов: Обзорная информация. Сер. 1. Вып. 2. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1991. 36 с.
8.	Создание и освоение непрерывного среднесортного стана 450 / А. А. Кутушин, Г. Ф. Коломников, А. Я. Сапожников и др. // Сталь, 1981. № 1. С. 56 - 59.
Глава 8.7
ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.1. ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
Толстолистовыми станами (ТЛС) называют листовые станы горячей прокатки, предназначенные для производства листов толщиной более 4 мм (по стандартам Германии тол
столистовой сталью считаются листы толщиной более 4,75 мм, в Великобритании - более 3 мм). Наибольшая толщина листов, производимых на действующих толстолистовых станах, достигает 400, а ширина - 5400 мм. Листы толщиной более 50 мм называют плитами.
Однако классификация толстолистовых станов только по толщине и ширине листов условна, так как имеется ряд станов (например широкополосных), выпускающих листы толщиной 1,2 - 16 мм.
Действующие станы, спроектированные в 50-х гг. XX в., на которых выпускают листы толщиной более 4 мм, подразделяют на среднелистовые, толстолистовые и броневые. В соответствии с этой классификацией станы различных типов имеют следующие технические характеристики:
	Среднелистовой	Тип стана Толстолистовой	Броневой
Толщина, мм: выпускаемого листа		6 - 25	12 - 60	25 - 200
заготовки		65 - 300	300 - 500	750 - 1200
Размеры рабочих валков, мм: длина бочки		2150 - 2350	1500 - 3350	3000 - 5250
диаметр		600 - 900	До 1000	800 - 1250
Состав клетей рабочей линии стана ....	3-валковые,	Реверсивные	Реверсивные
	реверсивные 2- и 4-валковые, универсальные 4-валковые	2-валковые, 3-валковые Лаута	2-валковые, 3-валковые Лаута, реверсивные 4-валковые
В 60-х гг. жесткость клетей листовых станов значительно возросла в результате совершенствования конструкции клетей и увеличения их габаритных размеров. Появились клети с устройствами для обеспечения высокой точности выпускаемых листов, увеличилась скорость прокатки. На участке рабочих линий стана стали устанавливать несколько мощных клетей (табл. 8.7.1).
Качественные изменения оборудования участков рабочих линий станов позволили обеспечить на одном стане выпуск всего сортамента листов, производимых ранее на среднелистовых, толстолистовых и броневых станах, при значительном увеличении его производительности (табл. 8.7.2).
Поэтому в настоящее время к толсто -листовым станам относят станы, на которых выпускают листы толщиной более 4 мм и которые имеют в своем составе, как правило, до трех отдельно стоящих клетей. В состав участка рабочих линий таких ТЛС входят одна -три мощных реверсивных клети, среди которых могут быть вертикальная клеть, 2-валковая клеть, а в основном, - 4-валковые клети, при этом длина бочки валков принимается, как у броневого стана, до 5500 мм, а готовый лист
при необходимости подвергается продольному делению.
Сида прокатки для клетей ТЛС зависит, прежде всего, от максимальной ширины листа:
Ширина листа, мм............ 3000	4000	5000
Сила прокатки, МН............ 60-80 80- 110 100- 140
Величиной, определяющей интенсивность нагрузки на рабочие валки, является отношение силы прокатки к длине бочки рабочего валка, которое можно назвать удельной силой прокатки (табл. 8.7.3).
При производстве листов из высоколегированных сталей, а также при термоупрочнении листов с прокатного нагрева, когда необходимо обжимать заготовку при пониженной температуре, значительно увеличиваются удельные нагрузки на валки. Эти нагрузки ограничены для опорных валков приблизительно до следующих значений, кН/мм: до 20 при добавлении в материал валка чугуна с шаровидным графитом и до 25 для составных бандажированных валков, легированных хромом.
500
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.1. Изменение технических характеристик действующих ТЛС в зависимости от времени их создания
Параметры	Время создания стана		
	До 1950 г.	1951 - 1968 if.	1969 - 1985 гг.
Тип клети стана (преиму-	2-валковая,	Вертикальная	4-валковая,
щественный)	3-валковая	2-валковая,	4-валковая +
		2-валковая + + 4-валковая	+ 4-валковая
Диаметр валков, мм:			
рабочих	500 - 1000	900 - 1000	1100 - 1200
опорных	800 - 1600	1600 - 1800	2000 - 2400
Сечение стоек станин, см2	4000 - 5000	5000 - 7000	8000 - 12 000
Масса станины, т	50 - 150	160 - 180	200 - 390
Модуль жесткости клети, МН/мм	3 - 5	6 - 8	9 - 12
Максимальная скорость прокатки, м/с	1,6 - 3	4,0 - 4,5	5,0 - 7,0
Максимальная сила прокатки, МН	5 - 20	25 - 45	50 - 110
Момент прокатки, кН - м	1000 - 3000	3000 - 6000	6000 - 9000
Номинальная мощность привода клети, кВт	2000 - 8000	8000 - 12 000	12 000 - 22 000
Тип тока привода клети	Преимущественно	Постоянный	Преимущественно
	переменный		постоянный,
			переход на переменный
Давление воды гидросбива	6 - 10	10 - 12	15 - 20
окалины, МПа Длительность смены рабочих	45 - 100	45 - 60	10 - 15
валков, мин Максимальная длина листа, м Отклонения листа, мм:	16	31	80
по толщине	0,5 - 2	0,3 - 0,5	0,1 - 0,15
по ширине	50 - 100	40 - 50	10 - 15
Наличие систем противоиз-	Не имеются	Начинают	Имеются; иногда
гиба валков		внедряться	отсутствуют
Наличие	гидравлического	Не имеется	Начинает	Имеется
нажимного устройства		внедряться	
Годовая производительность,	50 - 600	1000 - 1200	До 2500
тыс. т			
8.7.2. Годовая производительность ТЛС в зависимости от ширины готовых листов
Ширина готовых листов, мм	Примерный годовой выпуск продукции, тыс. т
3000	700 1200
4000	1000 1500
5000	1800 2500
Примечание.В числителе дроби - годовой выпуск продукции при одноклетьевой рабочей линии стана, в знаменателе - при двухклетьевой.
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
501
8.7.3. Силы, действующие на валки ТЛС при прокатке
Место установки стана	Длина бочки рабочего валка, мм	Сила прокатки, МН	Удельная сила прокатки, МН/м
'Тиссен Шталь" (Германия)	3700	80	21,62
"Диллингер Хютгенверке" (1) (Германия)	4300	90	20,45
"Диллингер Хютгенверке" (2) (Германия)	5500	ПО	20,00
Металлургический комбинат им. Ильича (г. Мариуполь, Украина)	3000	70	23,33
"Ниппон Стил" (г. Оита, Япония)	5500	100	18,18
ПО "Ижорский завод" (г. Санкт-Петербург, Россия)	5000	90	18,00
"Азовсталь" (г. Мариуполь, Украина)	3600	46	12,80
Тенденция к выпуску широких листов (до 5000 мм), при производстве которых меньше металла теряется на обрезку торцев и кромок и улучшается качество изделий из листов (например прямошовных труб большого диаметра и корпусов крупнотоннажных танкеров), привела к необходимости устанавливать транспортные средства большей металлоемкости, которые занимают значительные производственные площади. В связи с этим толстолистовые станы широкого сортамейта с расположенным в потоке полным комплексом отделки листов и плит встречаются довольно редко.
Для освоения производства новых типов толстых листов с переменным по длине и ширине сечением, а также для обеспечения высокой точности обычных листов на клетях устанавливают наряду с электромеханическими нажимные устройства гидравлические, которые используют не только как предохранительные устройства, но и как устройства, исключающие влияние' эксцентриситета прокатных валков на качество готовой продукции.
Актуальной проблемой при производстве толстолистового проката является сокращение металла, идущего в обрезь от торцевых и боковых кромок раската.
Одним из эффективных средств для придания раскату в плане прямоугольной формы и сокращения до минимума количества обрези является установка в линии стана клети с вертикальными валками.
Для обжатия боковых кромок заготовки применяют также прессовые установки.
Одноклетьевой ТЛС 2000 (рис. 8.7.1) с годовой производительностью 157 тыс. т, эксплуатируемый на машиностроительном заводе России, предназначен для производства листов размерами: толщиной 8 - 30, шириной до 1600 и длиной до 6500 мм. Для изготовления таких листов используют заготовки:
слитки массой до 2,3 т и размерами, мм: 305 х 650 х 1200 и 330 х 760 х 1200;
слябы массой до 2,1 т и размерами, мм: 175 х 1000 х 1160 и 175 х 1000 х 1530.
Нагретые в трех методических- печах заготовки шаржир-краном передаются к клети типа 3-валковая Лаута с диаметром бочки верхнего и нижнего валков 750 и среднего валка 600 мм, длиной валков 2000 мм, материал валков - чугун.
Станина клети закрытого типа, опоры рабочих валков на подшипниках скольжения с текстолитовыми вкладышами, мощность привода нажимного устройства валков 75 кВт, скорость перемещения 35 мм/с и максимальное перемещение 350 мм. Мощность электродвигателя главного привода 1600 - 1470 кВт, частота вращения 296 - 270 мин*1. Максимальная скорость прокатки 2,35 м/с.
Перевалку клети осуществляют мостовым краном грузоподъемностью 25, 5 т, время перевалки клети 6 ч, время перевалки среднего валка 40 мин.
Правку листов проводят в правильной машине горячей правки, установленной в потоке стана, с девятью правильными роликами. Шаг роликов 270 мм, мощность привода 75 кВт, скорость правки 7,25 - 11,7 м/мин.
502
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Рис. 8.7.1. Одноклетьевой ТЛС 2000:
1 - нагревательные печи; 2 - подьемно-качающиеся столы; 3 - рабочая 3-валковая клеть Лаута;
4 - листоправильная машина горячей правки; 5 - холодильник;
6 и 7 - гильотинные ножницы соответственно поперечной и продольной резки; 8 - инспекционный стеллаж
Выправленный лист подают к холодильнику шлепперного типа общей площадью 195 м2, состоящего из двух секций, скорость перемещения листов 0,8 - 1,6 м/с. Охлажденные листы поступают к трем ножницам для обрезки концов и кромок, одни из которых с силой резки 6,51 МН, а двое других -4,25 МН, максимальная толщина разрезаемого на ножницах листа 25 мм.
Имеется также участок отдельно стоящих ножниц с силой резания 3,94 МН.
Термическую обработку листов проводят в отжигательных камерных печах с выдвижным подом, масса садки 60 т. Отоженные и охлажденные листы толщиной до 16 мм правят в семироликовой машине с шагом роликов 305 мм. Мощность привода 20 кВт, скорость правки до 7,95 м/с.
Термические печи и листоправильная Машина холодной правки установлены вне здания цеха.
Подобные станы успешно эксплуатируют в промышленности до настоящего времени, хотя они являются частично устаревшими станами первого поколения.
Трехклетьевой ТЛС 3600 (рис. 8.7.2), установленный в 1973 г. в г. Мариуполе (Украина), предназначен для производства:
листов толщиной 5 - 50, шириной 2000 - 3200 и длиной 6280 мм;
плит толщиной 51 - 200, шириной 2000 - 3200 и длиной 12 000 мм.
Для этих целей используют заготовки: слябы массой 2,2 - 16 т, толщиной 130 - 250, шириной 1100 - 1900 и длиной 2300 - 3400 мм;
слитки массой 10 - 30 т, толщиной 450 - 940, шириной 1300 - 2000 и длиной 2400 - 3000 мм.
Проектная годовая производительность стана составляет 1,75, фактическая - 1,9 млн. т.
В состав рабочей линии стана входят три клети (табл. 8.7.4). Станины всех клетей стальные литые закрытого типа. Все рабочие валки установлены в клетях на роликовых конических подшипниках, опорные валки горизонтальных клетей - на ПЖТ.
Слябы, нагретые в четырех методических печах, или слитки, нагретые в колодцах, направляются к вертикальной клети, где за несколько ходов взрыхляется окалина и раскат калибруется по ширине. Далее проводится кантовка раската на рольганге на 90° и его прокатка в черновой горизонтальной клети с периодическим обжатием боковых граней в вертикальной клети до получения толщины листа 20 - 75 мм, затем - обжатие в чистовой клети до. толщины 5-50 мм. Далее раскат поступает к ножницам усилием резания 19 МН для обрезки концов, а также для разрезки на мерные длины при температуре 300 - 900 °C. Между чистовой клетью и ножницами установлена роликовая закалочная машина для закалки листов от температуры прокатного нагрева и охлаждения листов толщиной 5-10 мм, идущих на нормализацию, до температуры 550 °C.
Особенностью стана является многомаршрутная технология отделки листов в едином технологическом потоке.
После обрезки концов и получения отрезков мерной длины, листы могут быть направлены:
на листоправильную машину горячей правки, где их правят при температуре 500 °C;
листы толщиной 20 - 50 мм - на холодильник № 1 дискового типа, к листоправильной машине и далее - на вторую и третью секции холодильника, где они охлаждаются на воздухе до температуры 100 - 200 °C; до температуры-50 - 100 °C листы охлаждают водой в охлаждающем устройстве, установленном на выходе с третьей секции холодильника;
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
503
Рис. 8.7.2. Трехклетьевой ТЛС 3600:
1 - загрузочное устройство; 2 - печной толкатель; 3 - нагревательные печи; 4 - нагревательные колодцы;
5 - стационарный опрокидыватель; 6 - манипулятор; 7 - клеть с вертикальными валками;
8 - черновая клеть 4-валковая; 9 - шгабелеровочный стол и тележка для передачи плит;
10 - чистовая клеть 4-валковая; 11 - роликовая закалочная машина; 12 - кантователь листов;
13, 28 и 29 - ножницы соответственно поперечной резки, сдвоенные кромкообрезные для листов 5 - 50 мм и дисковые для листов до 20 мм; 14 - дисковый холодильник; 15 - правильная машина для листов 5-25 мм;
16 - холодильник; 17 - дисковый холодильник; 18 - устройство для воздушного охлаждения;
19 - инспекционный стеллаж; 20 - дефектоскопия; 21 - устройство для маркировки и разметки листов;
22 - конвейер перед нормализационными печами; 23 - нормализационная печь;
24 - правильная машина для листов 2-25 мм; 25 - возвратный шлеппер; 26 - маркировочная машина;
27 - печь для термической обработки листов; 30 - роликовая закалочная печь; 31 - рольганг с карманом;
32- промежуточное устройство с карманами; 33 - правильная машина для полос 18 - 50 мм;
34 - загрузочная решетка; 35 - передаточное устройство с карманами;
36 - передаточный конвейер с кантователем;
37 и 38 - правильные машины для листов толщиной соответственно 5-25и18-50мм
8.7.4. Технические характеристики клетей 3-клетьевого ТЛС 3600
	Клеть		
Параметр	вертикальная 2-валковая -	черновая	чистовая
	окалиноломатель	4-валковая	
Размеры валков, мм:			
диаметр:			
рабочих валков	900	ИЗО	1030
опорных валков	-	1800	
длина бочки	1400	3600,	3400
Масса станины (с плитови-	462	798	|	773
нами), т			
Сила прокатки, кН	11 000	46 000	
Скорость прокатки, м/с	До 3,5	До 4,4	До 6,0
Электродвигатель главного			
привода:			
мощность, кВт	2* х 1800	2 х 6920	2 х 8800
тип тока		Постоянный	
Максимальный вращающий	2 х 803,5	2 х 4200	2 х 2950
момент, кН * м			
Частота вращения, мин'1	0 - 60/120	0 - 40/80	0 - 70/140
* Число электродвигателей.
504
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
листы толщиной 5 - 20 мм - в нормали-зационные печи, затем - к листоправильной машине, установленной на отводящем рольганге холодильника № 1, далее вторую - четвертую секции холодильника, после чего их возвращают на основной отводящий рольганг стана;
после закалки в роликовой закалочной машине в карманы, установленные на складе, листы перемещаются шлеппером, установленным перед нормализационными печами.
Все листы, прошедшие первые три маршрута, направляются по отводящему рольгангу стана на инспекционные стеллажи, где проводится контроль качества их поверхности, выполняется маркировка, ультразвуковой контроль, отбор проб и зачистка дефектов. Далее листы передаются, если это необходимо, на одну из двух линий для разрезки листов толщиной 5-20 или 20 - 50 мм.
Листы могут подаваться на дополнительную термообработку в четыре термические печи или зачистку на отводящем от участков резки шлеппере.
После контроля листы направляют либо в правую часть линии отгрузки, где их взвешивают и упаковывают, либо в левую часть линии для дополнительной обработки.
Плиты толщиной 51 - 200 мм прокатывают только в вертикальной и черновой горизонтальной клетях, после чего их клеймят и укладывают в пакеты по 2 - 8 шт. на штабелирующем столе, расположенном за черновой 4-валковой клетью и далее направляют со стола передаточной тележкой в пролеты замедленного охлаждения, огневой резки, зачистки
и термической обработки в печах с выдвижным подом.
Масса механического оборудования стана превышает 60 000 т.
ТЛС 5500 с эджерной клетью (рис. 8.7.3) является Одним из трех толстолистовых станов нового поколения, построенных в Японии в 1976 г. и предназначен для производства сверхшироких листов, используемых при производстве супертанкеров, труб большого диаметра и в строительстве крупных промышленных объектов. Место установки стана - металлургический завод фирмы "Кавасаки сэйтэцу” (г. Мидзусима, Япония).
Размеры готовых листов и плит, мм: толщина - 5 - 200, ширина 1000 - 5300, длина раската до 57000. Максимальные размеры заготовки 300 х 2400 х 4700 мм, масса до 30 т.
Выход годного проката на стане составляет 95 - 97 %.
Годовая производительность стана при пуске первой очереди с одной чистовой 4-валковой клетью - 1,8 млн. т, при пуске второй черновой 4-валковой клети - 3,6 млн. т. В состав второй очереди стана 5500 входят также второй агрегат для разрезки толстых листов, агрегат для газовой разрезки плит, оборудование для термообработки и дробеструйной очистки листов.
Чистовая 4-валковая клеть (табл. 8.7.5) имеет цельнолитую станину, выполненную для увеличения жесткости с прогибом стоек, которая в сочетании с опорными валками обеспечивает минимальные деформации всей системы клети. Нажимное устройство клети - гидравлическое, которое по сравнению с механическим имеет скорость срабатывания в 10 раз большую.
Рис. 8.7.3. Толстолистовой стан 5500 с эджерной клетью:
1 - устройство для загрузки слябов; 2 - нагревательные печи; 3 - приемное устройство для нагретых слябов, 4 - окалиноломатель (гидросбив); 5 - черновая клеть (проект); 6 - толщиномер; 7 - эджерная клеть;
8 - чистовая 4-валковая клеть 5500; 9 - листоправильная машина горячей прокатки;
10 - устройство для маркировки; 11 - холодильник; 12 - ножницы для обрезки концов;
13 - клеймитель для проб, 14 - устройство для маркировки; 15 - кромкообрезные ножницы;
16 - агрегат продольной резки; 17- ножницы для обрезки концов, 18 - устройство для клеймения готовых листов; 19 - инспекционный стол; 20 - машина для наклейки ярлыков (этикеток); 21 - листоукладчик;
22 - шлепперное устройство; 23 - листоправильная машина холодной правки;
24 - установка ультразвукового контроля; 25 - шлепперные устройства для готовой продукции
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
505
8.7.5. Технические характеристики клетей ТЛС 5500 с эджерной клетью
	Клеть	
	эджерная 2-валковая	чистовая 4-валковая
Параметр	Год пуска	
	1984	1976
Размеры валков, мм:		
диаметр:		
рабочих валков	800/700	1200
опорных валков	-	2400
длина бочки	-	5500
Масса станины, т	-	365 - 380
Модуль жесткости, кН/мм	-	12 000
Сила прокатки, МН	3,1 (калиброванный валок)	10
	4,0 (гладкий валок)	
Момент прокатки, кН * м	500	-
Скорость прокатки, м/с	2,5 - 7,5	2,5 - 7,5
Система	автоматического	Ширины листа	Толщины листа
регулирования		
Электродвигатель главного		
привода:		
мощность, кВт	2* х 1720	2* х 8000
номинальный крутящий	-	2* х 1560
момент, кН * м		
частота вращения, мин’1	-	50 - 120
тип тока	Постоянный	
* Число двигателей.
Рабочие валки клети установлены на 4-рядных подшипниках качения с коническими роликами, опорные валки - на подшипниках жидкостного трения системы Моргойл. Привод валков осуществляется от двух электродвигателей через универсальные шпиндели.
Перевалку валков проводят без крана, на тележки, время перевалки сокращено до 10 мин.
При пуске стана предусматривалась возможность в дальнейшем оборудования клети устройством для противоизгиба опорных валков.
Эджерная клеть. В 1984 г. стан дооборудован эджерной клетью с вертикальными валками, установленной непосредственной близости от чистовой 4-валковой клети (см. табл. 8.7.5). Вертикальные валки имеют калиброванную и гладкую части бочек и установлены в кассете на передвижных тележках. Механизм вертикального перемещения валков реечного типа с фиксацией поло
жения валков. Для исключения выпучивания заготовок и формирования кромок полос клеть снабжена соответственно горизонтальными центральным валком и двумя парами боковых валков, устанавливаемых рядом с вертикальными валками.
Устройства клети имеют скорости, мм/с: 60/120 - электромеханическое нажимное для вертикальных валков; 100 - гидравлическое для регулирования ширины листа.
Эджерная клеть позволяет прокатывать плиты размерами, мм:
толщина:
на калиброванных участках 180 - 310
на гладких участках.....	125 - 320
ширина......................... 1520-5490
длина.......................... 1500-5800
Установка эджерной клети с вертикальными валками позволяет исключить образование закатов на боковых кромках, составляв
506
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
ших 20 - 30 мм, снизить погрешность размеров по ширине на всей длине плиты до 10 мм и на значительной части выпускаемой продукции (например на листах, идущих на производство труб) исключить операцию обрезки кромок, что уменьшает отходы на боковую обрезь и повышает выход годного металла на 16 %.
Отделка и охлаждение листов. Для отделки листов толщиной до 40 мм (ств < 600 МПа) на стане установлен ряд ножниц.
Для охлаждения листов предусмотрены холодильники с шагающими балками площадью 6840 м2. Такой тип холодильников обеспечивает лучшее качество поверхности охлаждаемых листов, но их стоимость на 80 % выше стоимости цепных.
Правильные машины. Особенности правильных машин стана - точное регулирование нагрузок на правильные ролики верхнего ряда, осуществляемое с помощью ЭВМ по показаниям толщиномеров; возможность регулирования угла наклона верхних правильных роликов по отношению к поверхности листа и их угловая настройка по направлению движения листа с целью устранения односторонней волнистости; установка предохранительных устройств для защиты машин от перегрузки, обеспечение быстрой перевалки всей группы правильных роликов.
Правильная машина обеспечивает правку листов 6 - 40 мм с временным сопротивлением материала более 700 МПа. Планшетность листов после правки менее 1 мм на 1 м длины.
Контроль качества. Ультразвуковой контроль поверхностных и глубинных дефектов используют для листов размерами, мм: толщина 6 - 40, ширина 900 - 3300, длина 2300 -25 000. Максимальная температура поверхно
сти, в этом случае, - 150 °C, скорость - до 1 м/с.
В потоке стана осуществляют также контроль: точности размеров, качества поверхности, структуры и механических свойств листов.
Система управления. На стане установлена автоматизированная система управления, выполняющая следующие функции: планирование и контроль за производством, выдача служебной информации в ритме с процессом, управление прокатным станом от ЭВМ, автоматизация управления складскими операциями, автоматизация управления оборудованием, автоматизация операцией контроля, автоматизация управления транспортировкой и сведение отдельных систем в единую.
Маркировка. На всех этапах производства листов предусмотрено нанесецие семи видов маркировки краской, клеймением и наклейкой ярлыков.
Двухклетьевой ТЛС 5500 (рис. 8.7.4, табл. 8.7.6), который строился поэтапно в 1973, 1975 и 1985 гг., установлен на металлургическом заводе фирмы AG der Dillinger Huttenwerke (г. Диллинген, Германия) и предназначен для изготовления сверхшироких термоупрочненных листов, идущих, в основном, на производство труб большого диаметра. Это наиболее мощный толстолистовой стан.
В сортамент выпускаемой станом продукции входят листы толщиной 4,5 - 50 мм и плиты толщиной 50 - 300, шириной 1000 -5400 и длиной до 48 000 мм; заготовкой являются слябы массой до 40 т и размерами, мм: высота 170 - 1000, ширина 1000 - 2500, длина 1800 - 5400.
Производительность стана 400 т/ч при использовании в качестве заготовки сляба размерами 250 х 1550 х 3300 мм, среднегодовая -2,4 млн. т.
Рис. 8.7.4. Двухклетьевой ТЛС 5500:
1 - загрузочное устройство с весами; 2 - нагревательная печь; 3 - нагревательные печи с выкатным подом; 4 и 6 - клети соответственно 5500 и 4800; 5 - уборочное устройство для широких листов;
7- установка ускоренного охлаждения; 8 - листоправильная машина горячей правки; 9 - холодильник;
10- 13 и 16 - ножницы соответственно для обрезки концов, двойные кромкообрезные, для резки на мерные длины, делительные и холодной резки;
14 и 17- листоправильные машины холодной правки соответственно №№ 1 и 2;
15 - термическая печь с шагающим подом
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
507
8.7.6. Технические характеристики клетей 2-клетьевого ТЛС 5500
Клеть		
	чистовая 4-валковая	1 черновая 4-валковая и чистовая
Параметр	Год пуска	
	1973	1985
Размеры валков, мм: длина бочки валков: рабочих опорных диаметр бочки валков: рабочих опорных Сила прокатки, МН Скорость прокатки, м/с Автоматическая регулировка толщины Тип подшипников опор валков: рабочих опорных Сила противоизгиба валков, МН: опорных рабочих Гидравлическое нажимное устройство: тип рабочая жидкость диаметр цилиндра, мм давление в системе, МПа Пределы регулирования раствора валков, мм Масса станины, т Площадь стойки, см2 Модуль жесткости, МН/мм Электродвигатель главного привода: мощность, МВт тип тока частота вращения, мин*1 максимальный вращающий момент при прокатке, МН • м КПД клети, % Общая масса двух двигателей, т Число тиристоров в системе привода	4800 (4300)* 4800 (4300) 1120 - 1020 2150 - 1970 90 0 - 6 Имев! 2 х 15 после реконструкции - рабочих Одноцилиндровое Масло 1600 45 ±25 10 630 2 х 8,6 Постоянный 0 - 65/125 2 х 3,2 93,8 385 1152	5500 5230 1180 - 1080 2400 - 2200 108 0 - 6,95 ГСЯ Роликовые четырехрядные конические ПЖТ 2 х 25 Двухцилиндровое Масло, пластичная смазка 1210 57 ±40 390 10 040 10,4 2 х 10,9 Переменный 0 - 59/119 2 х 4,5 96,6 500 288
♦ Чистовая 4-валковая клеть по данным 1971 г. оборудована валками длиной 4300 мм, предусмотрен противоизгиб опорных валков; по данным 1985 г. - валками длиной 4800 мм, предусмотрен противоизгиб рабочих валков.
508
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Четырехв ал к о в ы е клети. Нагретые в двух методических печах или в печах с выкатным подом заготовки направляются к 4-валковой клети, гидравлическое нажимное устройство которой установлено между регулировочными винтами и подушками верхних опорных валков. Особенность устройства - наличие двух гидроцилиндров, один из которых работает на масле, а другой - на высоковязкой пластичной смазке, что обеспечивает высокую надежность работы устройства, а также его использование для замера силы прокатки, исключающее установку электрических месдоз. Особенность 4-валковой клети 5500 -применение в качестве главного привода валков синхронного двигателя переменного тока, снабженного современным устройством электронной регулировки.
Между 4-валковыми клетями 5500 и 4800 установлен холодильник размерами 24 х 12 м для готовых листов большой ширины, выпускаемых из клети 5500. Прокатку проводят в обеих клетях. Чистовая 4-валковая клеть 4800 может быть промежуточной при выпуске листов из клети 5500, а черновая клеть 5500 является и чистовой.
На стане установлена автоматизированная система управления работой обеих клетей, которую используют при выпуске листов переменной толщины.
Отделка листов. Значительная часть продукции проходит отделку (правку, контроль, разрезку) в пролете стана. Для изотермической выдержки и последующей доот-делки листы и плиты передают в параллельные становому пролеты поперечными напольными кранами.
Состав и назначение отделочного оборудования для обработки листов в соответствии с международными стандартами приведен в табл. 8.7.7, по особым требованиям заказчика - в табл. 8.7.8.
Все ножницы для поперечной и продольной разрезки выполнены с катящимся резом по системе Moeller & Neumann, применение которой дает высокое качество реза и довольно низкие энергозатраты.
В табл. 8.7.9 приведены характеристики рольгангов, установленных в районе клети 5500.
8.7.7. Состав и назначение отделочного оборудования 2-клетьевого ТЛС 5500
Оборудование	п*	Размеры обрабатываемого листа, мм			
		Ширина		Толщина	
		максимальная	минимальная	максимальная	минимальная
Машина горячей правки Машина холодной правки:	1	5200	1000	200 (горячая) 40 (холодная)	10 (горячая) 5 (холодная)
№ 1	1	4100	1000	20	8
№ 2 Ножницы:	1	3200	1000	8	4
для обрезки концов	1	4500	1000	45	4
двойные кромкообрезные	1	4500	1000	45	4
поперечной резки	2	4500	1000	45	4
продольной резки (скомбинированные с двойными кромкообрезными)	1	2000	800	45	4
Четырехпортальная огнерезательная машина (длина машины 75 и ширина 5,4 м) Печь для отжига:	1	5400		170	
№ 1 (производительность 70 т/ч)	1	4100	1200	90	4
№ 2 (производительность 90 т/ч) Печи с выдвижным подом	1	4300 Отжиг толст	1200 ых листов шир	160 щной менее 16	9 00 мм
♦ Число единиц оборудования в стане.
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
509
8.7.8. Состав и назначение оборудования для обработки листов по особым требованиям заказчика 2-клетьевого ТЛС 5500
Оборудование	Размеры обрабатываемого листа, мм		
	Длина	Ширина	Толщина
Фрезерная машина для обработки кромок	2000 - 19 500	500 - 4500	5 - 70
Портальная газорезательная машина	До 22 000	150 - 4500	5 - 250
Координатные огнерезательные машины с цифровой и светооптической регулировками	До 15 000	200 - 5500	5 - 200
8.7.9. Технические характеристики рольгангов, обслуживающих клеть 5500 двухклетьевого ТЛС 5500
Параметр	Назначение и место установки рольганга				
	Станинные ролики перед и за клетью	Рабочий перед клетью	Конический кантующий	Для сбивки окалины	Рабочий за клетью
Ролики рольганга:					
число роликов:	3 + 3	42	30	10	36
размеры, мм:					
диаметр	600	500	550/520	450	600
длина	5250	5500	7800	2600	5250
шаг, мм	800	800	700	800	900
Вид электропри-	Индивидуальный асинхронный электродвигатель, включаемый от				
вода	прямого статического преобразователя частоты				
Тип муфты		Шарнирная (не зубчатая)			
Двухклетьевой ТЛС 5000 (рис. 8.7.5), первая очередь которого пущена в 1985 г. на ПО "Ижорский завод" (г. Санкт-Петербург, Россия), производит малыми партиями и поштучно листы толщиной 10 - 50, шириной 1500 - 4600 и длиной 4000 - 15 000 мм, а также плиты толщиной до 300 мм.
В качестве заготовок на этих станах ис-
пользуют:
Масса, т
Кованые слябы....................... 5-60
Слитки.............................. 5-40
Единичные слитки................ До 90
Материалы единичных слитков - углеродистые, легированные и специальные стали и сплавы.
В состав оборудования первого пускового комплекса первой очереди стана вошли печи с выкатным подом для нагрева заготовок, манипуляторы, машины огневой зачистки,
4-валковая клеть 5000, установка для термоупрочнения листов и плит с прокатного нагрева, устройства для уборки готовой продукции в параллельный становому пролет, а также отдельно стоящие две газорезательные машины и кантователь. Остальное оборудование введено в строй в 1994 г.
Особенности стана (помимо очень широкого сортамента) - наличие чистовой 4-валковой клети 5000 (табл. 8.7.10) и отсутствие устройств для противоизгибов валков (необходимая жесткость клети обеспечивается: формой и размерами станины клети; формой, размерами и материалом опорных валков; новой системой уравновешивания и нагружения валков прокатной клети). Для сравнения в табл. 8.7.11 приведена жесткость 4-валковых клетей наиболее современных толстолистовых станов, подсчитанная по единой методике Колпинского отделения ВНИИ-МЕТМАШа.
510
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Рис. 8.7.5. Двухклетьевой ТЛС 5000:
1 - загрузочный стол; 2-4- нагревательные печи соответственно с шагающими балками, выкатным подом и вакуумная сопротивления; 5 и 7 - клети соответственно 2- и 4-валковые 5000;
6, 10 и 11 - машины для огневых операций соответственно зачистки, резки и сдвоенная резки;
8, 18, 21 и 25- машины соответственно для закалки листов окунанием, ускоренного охлаждения, дробеметная и роликовая закалочная; 9 - сталкиватель и передаточная тележка; 12 - кантователь листов;
13 и 14 - правильные машины для листов толщиной соответственно 8 - 24 и 25 - 50 мм;
75 и 16 - ножницы поперечной резки и сдвоенные кромкообрезные; 17 и 22 - клеймители; 19 - холодильник; 20 - листоукладчик; 23 и 24 - печи для термической обработки листов (соответственно отпуск и закалка)
8.7.10. Техническая характеристика клети 2-клетьевого ТЛС 5000
Параметры	Клеть	
	чистовая 4-валковая	|	|	черновая 2-валковая
	Год пуска	
	1985	1994
Размеры валков, мм: опорных: длина диаметр рабочих: длина диаметр Максимальная сила прокатки, МН Максимальный момент прокатки, МН • м Отключающий момент, МН * м Максимальная скорость прокатки, м/с Тип и размеры (мм) подшипников валков: опорных рабочих Гидравлическое нажимное устройство Электродвигатель главного привода: мощность, кВт частота вращения, мин*1 тип тока	5000 2360* 2200 4800 1120* 1050 90 3,0 3,6 4,5 Жидкостного трения, 1800 х 1600 Качения с цилиндрическими роликами, 710/950 х 243 Имеет 2 х 63 32/8' Постояв	4000 1600* 1460 38 4,8 5,2 3,5 Жидкостного трения, 1180 х 1060 ся 1 00 0 [НЫЙ
В числителе дроби - максимальный диаметр, в знаменателе - минимальный.
ТОЛСТОЛИСТОВЫЕ СТАНЫ
511
8.7.11. Сравнительные характеристики жесткости 4-валковых клетей ТЛС, рассчитанные по методике КО ВНИИМЕТМАШ
ТЛС (место установки)	Размеры валков, мм			Модуль жесткости, МН/мм
	Рабочего		Опорного	
	Длина	Диаметр		
3600 (Металлургический комбинат "Азов-сталь", г. Мариуполь, Украина)	3600	ИЗО	1800	3,4
3600 (Металлургический завод, г. Бхилаи, Индия)	3600	1120	1900	5,9
5000 (ПО "Ижорский завод", Россия)	5000	1120	2360	6,5
5500 (Металлургический завод фирмы "Кавасаки Сэйтэцу", г. Мидзусима, Япония)	5500	1200	2400	6,2
5500 (Металлургический завод фирмы "Диллингер Хютген-верке", г. Диллинген, Германия)	5500	1180	2400	7,0
В дальнейшем в составе стана намечена установка вертикальной и горизонтальной 2-валковых клетей, однако в первую очередь намечено установить 2-валковую клеть 1600, необходимую для обжатия различных по размерам слитков и используемую как окалино-ломатель.
Ввиду запланированной низкой производительности стана установка второй 4-валковой клети нецелесообразна из-за высокой стоимости ее прокатных валков.
Для снижения динамических нагрузок на фундамент при прокатке листов из сверхтяжелых слитков рольганги рабочих клетей установлены на амортизаторах. Характеристики рольгангов приведены в табл. 8.7.12.
Отделочные операции. Термоупрочнение проката осуществляется с помощью устройства, встроенного в отводящий от 4-валковой клети рольганг и осуществляется методом опускания листа непосредственно после прокатки в ванну с водой со скоростью 1 м/с. При таком методе термоупрочнения расход воды минимальный и обеспечивается стабильный отвод теплоты со всей поверхности листа, но как недостаток следует отметить отсутствие возможности скоростного регулирования отвода теплоты.
На стане впервые решена проблема правки и разрезки листов толщиной до 50 мм из сталей с <тв до 1200 МПа. Известны агрегаты современных станов, в которых обеспечена правка и разрезка листов аналогичных сечений из сталей с <тв только до 700 МПа. Решению этой проблемы способствовало создание в КО ВНИИМЕТМАШ оригинальной схемы ножниц поперечной и продольной резки листов, которая позволила, по сравнению с известными конструкциями ножниц, при разрезке аналогичных листов снизить мощность привода ножниц и расход электроэнергии на 30 %, увеличить производительность на 25 %, значительно упростить конструкцию и снизить массу ножниц при обеспечении высокого качества благодаря обеспечению минимального и постоянного по всей длине перекрытия ножей.
ТЛС 3000 изготовлен концерном "Витковице" (Чехия) для Мариупольского металлургического комбината им. Ильича (Украина). Первая очередь этого стана годовой производительностью 1,2 млн. т была сдана в эксплуатацию в 1983 г. Полная проектная мощность цеха 2,5 млн. т, в том числе 300 тыс. т термообработанного листа.
512
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.12. Технические характеристики рольгангов первого пускового комплекса 2-клетьевого ТЛС 5000
Параметры	Место установки рольганга				
	За клетью с вертикальными роликами	У машины огневой зачистки	Перед и за 4-валковой клетью (рабочий рольганг)	Станинные ролики перед и за клетью	В установке упрочнения листов
Число роликов Размеры роликов, мм:	10	12	20	6	36
диаметр	700/575	600	700/550	850/650	500
длина	4500	4000	5500	4140 3380	5000
Шаг роликов рольганга, мм Привод:	750	1100	750	750 770	1100
тип	Групповой с редуктором			Индивидуальный	Групповой с редуктором
передаточное число	3,3	j	8,18 j	3.3	-	2,95
Тип муфт		Все муфты зубчатые			
* В числителе и знаменателе - применяемые диаметры роликов.
212223 25252627	31 32	33 3535	36 37
¥321
Рис. 8.7.6. Схема расположения оборудования ТЛС 3000
Стан оснащен АСУТП и специализирован на производство листа толщиной 5 - 25 и шириной 1500 - 2700 мм для магистральных трубопроводов диаметром до 1620 мм. В стане предусмотрены две клети, обеспечивающие прокатку листа из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с возможностью применения контролируемой прокатки. Исходные слябы толщиной, мм: литые заготовки 200 - 315, катаные 100 - 240.
Оборудование ТЛС (рис. 8.7.6). Технологический процесс начинается с загрузки специальным устройством 1 слябов в методические печи 2 с шагающими балками. На участке загрузки расположены толкатели 3 и весы 4 для взвешивания слябов. Безударная выдача слябов обеспечивается устройством 5. Рольгангом 6 слябы передаются в камеру гидросбива 7 и к устройству 8 для удаления бракованных слябов. Привод черновой
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
513
4-валковой клети 9 с валками диаметрами 1000/2100 мм содержит два электродвигателя по 8000 кВт каждый. Номинальный вращающий момент каждого двигателя 1,56 МН - м, максимальный - 3,9 МН • м. Чистовая клеть 10 (тоже 4-валковая) имеет валки диаметрами 1000 и 2000 мм. Каждый валок приводится от двухякорного двигателя мощностью 1,1 МВт. Номинальный вращающий момент двигателя 1,36 МН • м, максимальный - 3,4 МН • м. Наибольшая сила прокатки 68,7 МН, скорость прокатки до 6,5 м/с.
После чистовой клети установлено охлаждающее устройство 77, правильная машина 72, ножницы 13 для обрезки концов и устройство 14 для уборки обрези. За клеймителем 15 находятся холодильник 76 и инспекционный стеллаж 77. Подача листов к машинам 19 абразивной зачистки осуществляется конвейером 18, который подает листы также и к конвейеру с кантователем 20. На этом участке цеха расположены тележка 27 для передачи листов и машины 22 для абразивной зачистки. Передаточные устройства 23 с карманами расположены вдоль крайней (IV) линии стана. За клеймителем 24 и ножницами 25 поперечной резки установлена правильная машина 26, после которой находится погрузочно-разгрузочное устройство 27. На II и 111 линиях отделки находятся ножницы 28 и 29 соответственно для резки кромок и поперечной резки, правильные машины и дефектоскопы 30. На IV линии имеется холодильник 31. Дисковый конвейер 32 обеспечивает поперечное перемещение листов. На IV линии отделки находятся также правильные машины 33, устройство 34 подготовки планок для проб и ножницы 35 поперечной резки. Перед ножницами расположен конвейер 36 с карманом и загрузочно-разгрузочное устройство 37. Имеются тележки 38 и 39 общего назначения.
Суммарная мощность приводов стана равна 163 МВт.
8.7.2. ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. Наиболее распространенными широкополосовыми станами горячей прокатки являются непрерывные станы, состоящие из черновой и чистовой групп клетей. В некоторых случаях применяют полунепрерывные станы, в которых предусмотрены одна или две обжимные клети и чистовая группа клетей.
Технические характеристики широкополосовых станов горячей прокатки. В табл. 8.7.13 и 8.7.14 приведены основные параметры непрерывных станов горячей прокатки.
Непрерывные станы горячей прокатки. Широ копол о с о в ой стан 22 8 5 горячей прокатки фирмы
"Солмер" (Франция) предназначен для прокатки полосы шириной 1000 - 2130 мм из углеродистой и легированной сталей.
Черновая группа клетей состоит из вертикального окалиноломателя, трех 2-валковых и трех 4-валковых клетей.
В клетях чистовой группы установлены валки размерами, мм: 762 х 2286 рабочие; 1625 х 2286 опорные. Расстояние между клетями 5,9 м, максимальная скорость прокатки на выходе из последней клети 27 м/с. Клети оборудованы устройствами гидроизгиба валков. Для смены рабочих валков чистовых клетей требуется 7 мин. Для подачи валков в вальцетокарный цех, расположенный рядом с чистовой группой клетей стана, краны не применяют.
Стан оборудован ламинарной системой регулируемого охлаждения полосы. Четыре охлаждающие секции этой системы расположены между последней клетью и ближней группой моталок, а еще четыре секции - между двумя группами моталок. В каждой верхней секции предусмотрено шесть двойных коллекторов, в каждой нижней - три группы из семи коллекторов. Максимальная производительность системы составляет 283 тыс. л/мин. Регулирование системы выполняет ЭВМ. Число работающих коллекторов зависит от температуры полосы, расход воды - от скорости прокатки.
Охлажденная полоса поступает к одной из двух групп подпольных многороликовых моталок. Первая группа расположена на расстоянии 63 м от последней чистовой клети, вторая - на расстоянии 184 м. Рулоны удаляются с моталки, устанавливаются на цепной транспортер и подаются к участку отделки. Здесь их маркируют, автоматически взвешивают и обвязывают на одной из трех обвязочных машин.
Работой стана управляет система с двумя ЭВМ, соединенными каналами высокоскоростной передачи данных. Вычислительная машина выполняет следующие операции:
следит за местонахождением металла в нагревательных печах и на стане;
определяет последовательность движения слябов на подводящем рольганге печи;
управляет автоматической загрузкой и извлечением слябов из печи;
осуществляет автоматическое управление работой шагающих балок;
управляет работой всех нажимных устройств и боковых проводок на всем стане;
выполняет автоматическое управление резкой концов полосы;
управляет работой САРТ и САПР.
17 Зак Ю8
514
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.13. Производительность и год выпуска широкополосовых станов горячей прокатки, установленных на заводах фирм различных стран
Фирма, страна	Тип стана	Годовая производительность, тыс. т	Год пуска
Новолипецкий металлургический комбинат, Россия	2000	6200	1969
"Кавасаки стил", Япония (г. Мвдзусима)	2285	4500	1970
"Рипаблик стил", США	2134	3000	1970
"Ниппон Стил", Япония (г. Оита)	2235	3800 (6000)	1971
"Ниппон Кокан", Япония	2400	3600	1971
"Кобе Стил", Япония	2184	3600	1971
"Раутаруки ой", Финляндия	2032	1100	1971
"Италсвдер", Италия	2230	1560 (5000)	1971
Комбинат "Сидерургик", Румыния	1700	2000	1971
"Поско", Южная Корея	1420	1500	1972
"Клекнер", Германия	2285	3000	1973
"Клекнер Варке", Германия (г. Бремен)	2285	4000 (6000)	1973
"Италсвдер", Италия	2285	4500 (5000)	1973
"Солмер", Франция	2285	4500	1973
"Фос-Сюр-Мер”, Франция (г. Солмер)	2235	4000 (6000)	1973
"Сидор", Венесуэлла	1420	2100	1973
"Форд Мотор", США	1725	2500	1974
"Искор", ЮАР	2030	2000	1974
Череповецкий металлургический комбинат, Россия	2000	6000	1975
"Карлам", Бельгия	2235	1500	1976
"Альфа Стил", Англия	1650	1000	1977
"Вуган Ворко", Китай	1700	3000	1977
"Джон Лусагг", Австралия	2030	1600	1978
"Ниппон Кокан", Япония	2390	3600	1978
Рудник Железара, Югославия	2235	3000	1980
"Поско", Южная Корея	2030	3300	1980
"Ниссан Стил", Япония	1830	3000	1980
УСН, Бразилия	1725	3200	1981
"Чайна Стил", Тайвань	1725	1800	1982
"Ниппон Стил", Япония	1725	2800	1982
"Стилко", Канада	2030	1200	1983
"Дофаско", Канада	1675	1200	1983
"Ниппон Стил", Япония	1830	3000	1984
"Поско", Южная Корея	1525	2700	1987
Магнитогорский металлургический комбинат, Россия	2000	6000	1992
Новолипецкий металлургический комбинат, Россия	2500	8000	Проект
8.7.14. Широкополосовые ставы горячей прокатки третьего и четвертого поколений
Параметр	2285, фирма "Кавасаки Стал"	2235, фирма "Ниппон Стал”	2400, фирма "Ниппон Кокан”	1830, фирма "Ниппон Стал"	2230, фирма "Италсвдер”	2285, фирма "Клекнер Варке"	2235, фирма "Фос-Сюр-Мер"	2000, Череповецкий металлургический комбинат	2500, Новолипецкий металлургический комбинат
		Япония			Италия	Германия	Франция	Россия	
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Слябы: размеры, мм:									
толщина	До 300	140 - 265	До 250	120 - 250	150 - 280 (350)	150 - 300	180 - 220	150 - 250	250 (315)
ширина	600 - 2200	700 - 2200	" 2300	600 - 1700	550 - 2160	600 - 2150	600 - 2135	900 - 1850	1200 - 2400
длина	До 12 200	До 13 200	"9 100	5000-11300	12 800	15 000	14 600	10 500	До 12 500
масса, т	45	45	36	34,4	45	45	39,6	36	" 58 (72)
Размеры выпускаемой полосы, мм:									
толщина	1,2 - 13	1,2 - 16	1,2 - 16	1,6 - 25,4	0,8 - 16	1,2 - 20	(0,8) 1 - 16	1,2 - 16	2 - 25 (30)
ширина	600 - 2200	700 - 2100	600 - 2300	600 - 1550	500 - 2160	600 - 2150	600 - 2135	900 - 1850	1200 - 2350
Число*2 клетей:									
черновых	4(5)	4	4	3	-	4(6)	6(7)	5	4(6)
чистовых	6(8)	7(8)	7	6	7(9)	7(9)	7(8)	7(8)	7
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ	515
Продолжение табл. 8.7.14
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Диаметры*1 валков, мм: черновых клетей:									
2-валковых	1320	1270		1300/2020	1280	1350	1350	1400	1600
4-валковых	1120/1625	1270/1630 1170/1630	1170/1630	(1230/1630)’1	1170/1630	1170/1700	1117/1625	1180/1600	1180/1850
чистовых клетей Скорость*2 прокатки, м/с:	760 -810/1625	815/1630	800/1630	775/1630	813/1625	850/1700	760/1625	900/1600 800/1600	1000/1850 850/1850
черновых клетей	5,0	4,17	-	5	4,1	4,6	4,7	5,0	До 5,0
чистовых клетей Мощность главных приводов, МВт:	18,4 (24,2)	27,2 (30)	21,6	9,58 - 24	23 (28,6)	23,3 (28,6)	27 (30)	21 (23)	"25
черновых клетей	40,5	37,0	60,4	22,5	48,05	45,52	38,04	49,4	89
чистовых клетей	70,1	75,76 (82,5)	39,9	57,6	71,67	84,0	67,0	81,6	175
Относительная масса*2 рулона, т/м (ширина)	28,6	28,6 (35,7)	-	-	28 (35)	26,8	26,8	25	36
*! В числителе - диаметр рабочих валков, в знаменателе - опорных.
*2 В скобках - проектное значение величины.
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
517
Вычислительная машина для комплексного управления процессом прокатки на стане имеет следующие функции:
автоматический ввод данных о слябе;
ввод оперативных данных о процессе прокатки и состоянии стана;
слежение за перемещением металла по стану от рольгангов для приема слябов в зоне нагревательных печей до участка взвешивания упакованных рулонов;
регулирование темпа прокатки в соответствии с временным интервалом в 2 с между соседними раскатами на ножницах для резки концов полосы в целях обеспечения высокой производительности и оптимизации всего процесса, прокатки;
настройку черновой группы клетей;
настройку вертикальных валков;
настройку чистовой группы клетей при заправке конца полосы в первую клеть по корректирующим сигналам, учитывающим твердость поверхности полосы, ее температуру и другие измеренные данные;
расчет температурного режима прокатки в чистовой группе;
управление прокаткой с ускорением в чистовой группе для выравнивания температур переднего и заднего концов полосы;
определение температуры смотки и поддержание ее с помощью системы регулируемого охлаждения;
регистрацию данных, поступающих от оператора и с различных технологических участков;
регистрацию данных о производительности и аварийных сигналов;
оценку рулонов, регистрацию технических отклонений в работе стана и т.п.
Приборы для измерения толщины и ширины поступающих слябов расположены перед вертикальным окалиноломателем. Стан также оборудован приборами для измерения ширины раската в черновой и чистовой группах клетей, двумя рентгеновскими толщиномерами, фотоэлектрическими детекторами горячего металла и приборами для измерения нагрузки. Смену валков проводят автоматически с применением цифрового управляющего устройства.
На стане прокатывают полосы толщиной 1,0 - 20,0 и шириной 1016 - 2160 мм, включая полосы из коррозионно-стойкой и ферритной сталей (ширина полос из этих сталей соответственно до 1525 и до 1625 мм).
Стан 2230 в Эймейдене (Германия). Благодаря разработке удачной математической модели и усовершенствованию автоматизированной системы управления, были получены следующие результаты по отклонениям параметров от заданных значений:
средняя толщина в начале полосы после 2 с прокатки - ± 0,05 мм для 92,8 % полос;
средняя толщина в начале полосы после 12 с прокатки - ± 0,05 мм для 99,1 % полос;
температура, на входе в чистовую группу - ±10 °C;
конечная температура в начале полосы -±20 °C для 98,4 % полос;
средняя конечная температура прокатки по всей длине полосы - ±20 °C для 98,8 % полос;
температура, полосы по всей ее длине при смотке - ±15 °C для 80,0 % полос;
отклонения температуры полосы по всей ее длине от температуры в ее начале при смотке - ±10 °C;
средняя температура полосы по всей ее длине при смотке - ±20 °C для 80,5 % полос;
надежность ЭВМ - 98,6 %;
отклонение от заданной температуры после черновой группы - ±7 °C (со средним отклонением 4,1 °C);
уменьшение потребления топлива печами - 25 %;
повышение мощностей печей - 10 -20 %;
повышение производительности чистовой группы на 12,5 % в результате оптимизации скорости при входе, благодаря точному измерению температуры металла после прохождения черновой группы и на 10 % в результате синхронизации работы печей и прокатного стана, т.е. благодаря управлению периодичностью подачи слябов.
Стан 2500 (проект) Россия. Нагрев слябов проводят в четырех методических печах с шагающими балками, производительностью до 420 т/ч каждая. Нагретые слябы, извлеченные из печей, поступают по приемному рольгангу к черновой группе клетей, где прокатываются в редуцирующих клетях (№№ 1и 2) реверсивной подгруппы, состояний из вертикальной клети, 2-валковой клети (№ 3) и непрерывной подгруппы из трех универсальных 4-валковых клетей (№ 4 - 6).
За первые три пропуска в клетях №№ 1-3 происходит редуцирование слябов по ширине на 250 - 270 мм, обеспечивающее минимальный диапазон литых слябов по ширине.
В черновой группе клетей обеспечивается толщина подката 30 - 60 мм перед поступлением в чистовую группу, скорость выхода раската из черновых клетей 2-5 м/с. При прохождении промежуточного рольганга температура раската может быть доведена до требуемого уровня (включая режим контролируемой прокатки) благодаря регулируемому ускоренному охлаждению.
518
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Перед поступлением в чистовую группу концы раската обрезают на летучих ножницах, при этом передний конец получает форму шеврона с округленной кромкой, а задний -прямоугольника. Кроме того, посредством гидросбива высокого давления происходит удаление вторичной окалины.
Температура конца прокатки в чистовой группе в зависимости от толщины полос и их назначения составляет, °C: 850 - 950 перед чистовой группой для низколегированных сталей при использовании контролируемой прокатки, 800 - 700 в конце прокатки.
Все клети чистовой группы имеют гид-ронажимное устройство, а последние три клети оснащены противоизгибом рабочих валков. Два последних межклетевых промежутка имеют секционированное охлаждение по ширине полосы.
Полосы толщиной до 8 мм из низколегированных сталей и до 10 мм из углеродистых марок сталей сматываются на ближних моталках, а более толстые полосы сматываются на дальних моталках.
Принудительное охлаждение полосы на отводящем рольганге управляется от УВМ с регулируемой скоростью 5-60 °С/с.
Тонкие полосы заправляются в моталку со скоростью до 15 м/с с малыми ускорениями, после захвата в моталку происходит форсированный разгон полосы до заданной скорости.
В табл. 8.7.15 приведены проектные допуски па точности прокатки и температурам полосы.
Чистовая группа клетей станов. Современные чистовые труппы имеют в своем составе семь - девять клетей. Высокие скорости прокатки и ускорения потребовали доведения мощности главных приводов для одной клети до 12 МВт и более, а общая мощность главных приводов превышает 73,5 МВт.
Современные чистовые клети обладают большой жесткостью, так как диаметр опорных валков может достичь 1800 мм, а поперечное сечение станины - 8000 см2. При этом силы прокатки на этих клетях составляют 30 - 45 МН. Для снижения поперечной разно-толщинности и улучшения планшетности полос новые станы оснащают системами регулирования профиля валков с помощью противо-изгиба, и при необходимости, - дополнительным изгибом рабочих валков.
8.7.15. Среднеквадратичные отклонения толщины полосы и температуры от заданных значений
Контролируемый параметр	Допуск	
	68 % длины полосы	96 % длины полосы
Среднеквадратичное отклонение толщины полосы от заданного значения при толщине полосы, мм: до 5 от 5 до 15 св. 16	±0,025 мм ±0,50 % ±0,75 %	±0,05 мм ±1,0 % ±1,5 %
Среднеквадратичное отклонение поперечной разнотолщинности относительно ее средней величины, определяемой активным профилем валков при толщине полосы, мм: до 4 от 4 до 15 св. 16	±0,02 мм ±0,50 % ±0,15 %	±0,04 мм ±1,0 % ±1,5 %
Среднеквадратичное отклонение ширины полосы от заданного значения	±2,5 мм	±5 мм
Отклонение от среднего значения температуры конца прокатки для полос толщиной, мм: 2 - 15 16 - 25	-	±18 °C ±22 °C
Максимальное отклонение от среднего значения температуры смотки для всего диапазона толщин полос	-	±24 °C
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
519
Благодаря оснащению чистовых клетей гидравлическими нажимными устройствами, с большим быстродействием, обеспечивающими автоматическое регулирование толщины полосы, отклонения по толщине не превышают 25 мкм на 95 % длины полосы и 50 мкм на 97 % и более длины полосы.
Петледержатели между чистовыми клетями управляются с помощью электрических, пневматических или гидравлических устройств, обеспечивая малую инерционность и постоянное малое натяжение полосы, не зависящее от положения подъемных роликов.
Важной характеристикой современных прокатных станов является ускорение клетей чистовой группы, действующее синхронно с выходным рольгангом и моталкой. Благодаря этому обеспечивается надежный захват полосы моталкой с умеренной скоростью, равной 10 - 12 м/с, и в результате постепенного повышения скорости достигается высокая производительность клетей и малые отклонения температуры по длине полосы, что в свою очередь, гарантирует небольшие отклонения по толщине полосы и равномерность ее механических свойств. При высоких скоростях прокатки в современных чистовых группах ускорение после введения полосы в моталку достигает 0,5 - 1,5 м/с2 и через короткий промежуток времени - порядка 5 - 10 с - оно снижается до 0,025 - 0,125 м/с2, при этом важным условием является достижение постоянства температуры конца прокатки по всей длине полосы, что возможно благодаря применению межклетевого охлаждения.
Проведенные на стане 2000 Новолипецкого металлургического комбината исследования показали целесообразность 2-скоростных режимов прокатки в чистовой группе. Для тонких полос (до 3 мм) передний конец следует прокатывать со скоростью, обеспечивающей надежную транспортировку полосы по отводящему рольгангу, а после заправки ее в моталку разгонять с ускорением 0,2 - 0,3 м/с2. Для полос толщиной более 3 мм следует повысить начальную скорость и вести прокатку с ускорением, обеспечивающим постоянство температуры конца прокатки по всей длине полосы.
При включении межклетевого охлаждения для тонких полос достигается прокатка с разгоном на скоростях - 8 - 19 м/с при ускорении 0,2 м/с2 с постоянной температурой конца прокатки 870 °C.
Для получения чистовой поверхности на полосу во всех обжимных клетях (перед чистовой группой и после первых двух - трех клетей чистовой группы) подается вода под высоким давлением (порядка 1,40 - 1,75 МПа и более). Большие скорости прокатки требуют большого расхода воды. Так, для охлаждения валков
чистовой группы необходимо до 10 тыс. м3/ч, при давлении 1,8 - 2,0 МПа, низкое давление (до 0,5 МПа) для опорных валков чистовой группы и для всех валков черновой группы. При межклетевом охлаждении полосы необходимо постоянное регулирование расхода воды. Так, например, стан 2250 на заводе в г. Сите (Япония) снабжен управляемой системой охлаждения полосы между клетями чистовой группы для достижения требуемой конечной температуры прокатки.
Новейшие прокатные станы имеют на последних клетях чистовой группы колпаки для отсоса, а также осаждения пыли и окалины при прокатке [на заводах в гг. Бремене (Германия) и Таранто (Италия)]. При прокатке на этих клетях пытаются применять масла для уменьшения трения между рабочими валками и полосой в целях снижения силы и момента прокатки и износа валков, а также для улучшения поверхности полосы.
Охлаждение полосы на отводящем рольганге между чистовой группой и моталкой происходит под действием многочисленных струй воды, которые обеспечивают необходимое охлаждение полосы с переходом от температуры прокатки до температуры смотки даже при значительной толщине полосы и высокой скорости прокатки. Система охлаждения делится на несколько зон с регулируемой подачей воды, которые (каждая в отдельности) управляются автоматически с учетом температуры, скорости прокатки и толщины полосы. При высоких скоростях прокатки требуется большое количество воды - до 20 тыс. м3/ч.
Станы четвертого поколения. Общим для этих станов является использование в них реверсивных черновых клетей.
К современным станам четвертого поколения относятся станы:
2050 (Австралия); удельная масса рулона 26,8 кг/мм, масса слитка 30,5 т, годовая производительность - 4 млн. т;
2400 (Япония); максимальные размеры полосы, мм: толщина 25, ширина 2300; удельная масса рулона 17,8 кг/мм, максимальная масса слитка 36 т; черновая группа содержит четыре клети, одна из которых реверсивная; чистовая группа содержит семь клетей; годовая производительность 4,8 млн. т;
3000 (Канада); удельная масса рулона 18 кг/мм; черновая группа клетей содержит две реверсивные клети тандем, чистовая -шесть клетей; годовая производительность 4 млн. т;
1700 фирмы "Ниппон Стил" (Япония); удельная масса рулона 25,8 кг/мм, масса сляба - 40 т; толщина готовых полос 1,2-25 мм, максимальная ширина - 1550 мм; черновая группа содержит три клети, одна из которых реверсивная; годовая производительность 4,3 млн. т.
520
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
2000 фирмы "Соллак" (Франция) черновая группа заменена универсальной реверсивной клетью и расположенными за нею вертикальными валками; в этом случае возможна прокатка слябов массой 28 т, толщиной 190 и шириной 620 - 1860 мм; обжатие слябов по узким граням достигает 130 мм;
2030 (Порт-Толбот, Великобритания); на стане 4-клетьевая черновая группа заменена одной универсальной реверсивной клетью с горизонтальными валками диаметром 1200/1570 мм, приводимыми от двух электродвигателей мощностью по 6000 кВт; скорость прокатки 5 м/с, сила прокатки до 40 МН; вертикальные валки диаметром 1100 мм с индивидуальным приводом 2000 кВт каждый; слябы толщиной 230 мм, длиной до 10 м и массой до 34 т прокатываются за пять пропусков до толщины 25 мм;
2040 фирмы "Сидмар" (Бельгия); в черновой группе установлена новая реверсивная универсальная клеть с горизонтальными валками диаметром 1250/1600 мм и расположенными перед вертикальными валками диаметром 1150 мм; особенность стана - применение на горизонтальных валках регулируемого электропривода переменного тока мощностью 2 х 6000 и на вертикальных валках - мощностью 2 х 3600 кВт; на горизонтальных валках сила прокатки 45 МН, момент прокатки 2 х 4,6 МН * м, обжатие за проход 90 мм; на вертикальных валках - соответственно до 8 МН, 2 х 1,75 МН • м, обжатие за проход 135 мм; скорость прокатки до 8 м/с; слябы размерами, мм: толщина 230, ширина 600 -1930 и длина до 10 000, масса которых составляет до 36 т, прокатывают до толщины 25 - 60 мм и длины до 72 м. Годовая производительность стана 4,5 млн. т.
Большинство новых непрерывных станов горячей прокатки рассчитаны на максимальную толщину полос 20 - 25 мм, предназначенных в основном для труб из низколегированных сталей.
Для некоторых станов предусмотрена прокатка полос толщиной 0,8 - 1 мм, используемых без дальнейшей холодной прокатки. В этом случае чистовая группа состоит из восьми - девяти клетей. Однако, горячая прокатка полос таких толщин экономически не выгодна й в дальнейшем на этих станах будут выпускать полосы толщиной 1,2 - 1,5 мм, а более тонкие - на станах холодной прокатки, обеспечивающих лучшие условия для получения требуемого профиля, планшетности и устранения температурной анизотропии. Средняя толщина полос, прокатываемых на большинстве станов составляет 3,5 мм. При этом доля полос, подвергаемых в дальнейшем холодной прокатке, равна 60 - 80 %.
Непрерывный широкополосовой стан (НШС) 2000 горячей прокатки Магнитогорского металлургического комбината (Россия). На комбинате этот стан эксплуатируют совместно с МНЛЗ (рис. 8.7.7). В соответствии с этой схемой слябы с МНЛЗ посредством рольганга-тележки передаются к транспортно-отделочной линии или на линию прямой прокатки. В потоке этих линий со слябов удаляют грат, возникший при газовой разрезке слябов на мерные длины. После контроля поверхности и внутренних дефектов слябы маркируют, после чего они поступают на укладчики и далее - на склад или термостатические накопители. За время, затрачиваемое на литье заготовки равное 72 мин, слябы накапливаются в слябоук-ладчиках и ячейках копильников, имеющих термоизоляцию для снижения потерь теплоты.
г? п
Рис. 8.7.7. Схема комплекса МНЛЗ-НШСГП:
1 - МНЛЗ; 2 - рольганг-тележка; 3 и 4 - линии соответственно транспортно-отделочная и прямой прокатки;
5 - устройство для удаления грата; 6 - дефектоскоп; 7 - маркировщик;8 - укладчики; 9 - кран-перекладчик;
10 - тележка для транспортирования слябов; 11 - термостатические накопители линии прямой прокатки;
12 - слябовоз; 13 - индукционный подогреватель слябов; 14 - НШСГП 2000; 15 - нагревательные печи, 16 - загрузочное устройство; 17 - термостатические накопители
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
521
Так как часовая производительность МНЛЗ меньше часовой производительности НШС при прокатке широких полос и превышает ее при прокатке узких и тонких полос, то формирование потоков слябов, нагреваемых дополнительно в печах, и слябов прямой прокатки может осуществляться в результате накопления горячих слябов в копильниках. Такое решение дает возможность разделить потоки слябов, идущие через транспортноотделочную линию, на отдельные плавки и обеспечить материальный баланс потоков горячих и холодных слябов с прокаткой на стане. Возможности этого стана позволяют получить до 85 % готового проката из слябов с температурой загрузки в печь 750 °C. Экономия составит примерно 25 кг условного топлива на 1 т слябов по сравнению с расходом топлива при подаче в печь слябов с температурой 20 °C.
Слябы с поверхностными дефектами, проходящие выборочную зачистку, составляют примерно 15 % общего количества металла, выпускаемого в год. При их загрузке в печи с температурой 300 °C, можно получить экономию около 10 кг условного топлива на 1 т слябов.
В соответствии с проектной технологией для стана 2000 предусматривается прямая прокатка при получении полос размерами (2,2 - 16) х (1100 - 1250) и (5 - 16) х 1350 мм с объемом годового производства 0,9 - 1 млн. т.
8.7.3. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ СТАНОВ
Листовые станы с моталками в печах. В ряде случаев, когда не требуется высокой точности проката и необходим компактный агрегат, применяют стан с моталками в печах. Рядом различных фирм были изготовлены вновь подобные станы или модернизированы действующие. Параметры некоторых из этих станов приведены в табл. 8.7.16.
Примером может служить стан Стеккеля, изготовленный японской фирмой "Хитачи" для Финляндии, имеющий полностью автоматизированную систему управления.
Техническая характеристика стана Стеккеля, изготовленного фирмой "Хитачи" для Финляндии
Размеры валков, мм:
диаметр валков:
рабочих и промежуточных ...	690
опорных.................... 1370
длина бочки.................... 1800
Сила прокатки, МН................... 40
Мощность двигателей, кВт........	2 х 5000
Чистовая клеть оборудована системой осевого перемещения как рабочих, так и промежуточных валков. Начальная температура раската, поступающего в чистовую клеть, равна 1050 °C, конечная - 900 °C.
Мини-заводы. Горячекатаные полосы и листы производят также на мини-заводах. Так, фирмой "Типпикс" в г. Питсбурге (США) спроектирован и построен такой завод для фирмы "Тускалуза Стил” для выпуска полосы и листов из углеродистых и высокопрочных низколегированных сталей. Исходной заготовкой для них являются слябы размерами (225 - 255) х (914 - 2438) х (2641 - 9754) мм и массой 11 - 27 т (табл. 8.7.17).
На рис. 8.7.8 приведена схема расположения оборудования мини-завода для производства листовой продукции. Общая длина стана от возвратного рольганга до напольной моталки равна 150 м.
Приводом реверсивной 4-валковой клети 2845 с печными моталками, расположенной на расстоянии 19,5 м от эджера, являются три электродвигателя постоянного тока обшей мощностью 10,4 МВт. Различают два типа нажимных устройств клети: электромеханическое для грубого регулирования толщины полосы и гидравлическое для тонкого регулирования и корректирования толщины листа. Имеется система противоизгиба валков, электронное измерение межвалкового зазора и рентгеновский толщиномер, установленный между клетью и выходной печной моталкой.
8.7.16. Параметры станов с моталками в печах для прокатки полос из коррозионно-стойких сталей
№№	Место установки - фирма, страна	Ширина полосы, мм	Масса рулона, т	Скорость прокатки, м/с	Производительность, тыс. т/год
1*1	"Ниппон метал индастри КО", Япония	1380	10,0	6,67	200
2*2	"Асеринокс СА", Испания	1580	28,8	10,00	375
З*2	"Аутокимпи Оу”, Финляндия	1625	26,0	10;00	300
Модернизированный стан.
*2 Новый стан.
522
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.17. Сортамент продукции, выпускаемой на стане горячей прокатки мини-завода фирмы "Типпикс"
Параметр проката	Сортамент проката		
	Полоса в рулонах	Тонкий лист	Готовый толстый лист
Размеры, мм: толщина	2 - 19	4,8 - 12,7	16 - 75
ширина	710 - 2640	710 - 2440	710 - 2640
длина	-	3000 - 18 300	3000 - 12 200
Масса рулона, т	До 27	-	-
Удельная масса рулона, кг/мм	20	-	-
Рис. 8.7.8. Схема расположения оборудования листопрокатного мини-завода:
I- склад слябов; II - машинный зал и зал управления; III - вальцетокарная мастерская;
IV- склад толстых листов; V - склад рулонов; 1 и 2 - соответственно шлеппер и газовый резак для слябов;
3 - посты управления; 4 - градирня; 5 - нагревательная печь; 6 - возвратный рольганг;
7 - механизм безударной выдачи слябов; 8 - яма для окалины; 9 - эджер; 10 - окалиноломатели;
11 - печные моталки; 12 - 4-валковая реверсивная клеть; 13 - ножницы; 14 - правильная машина;
15 - стодяшлА рольганг; 16 - система ламинарного охлаждения; 17 - токарные станки;
18 - газовый резак листов; 19 - шлеппер для толстых листов; 20 - укладчик толстых листов;
21 - моталка; 22 - машина для обвязки рулонов
Температура в печных моталках поддерживается на уровне 900 °C. Каждая моталка имеет индивидуальный привод из двух двигателей постоянного тока мощностью по 970 кВт, заправочная скорость - 2,3 м/с. На-гревательными элементами печей являются газовые горелки, работающие на природном газе.
Эджер имеет калиброванные валки диаметром 890 мм, приводимые от двух электродвигателей постоянного тока мощностью по 1,9 МВт каждый. Максимальное разовое обжатие равно 50 мм при прокатке сляба толщиной 255 мм. При небольшой толщине сляба обычно общее обжатие по ширине не превышает 150 мм. После этого раскат обжимается в эд-жерных валках по мере прокатки в горизонтальной клети примерно до 63 мм за три -пять проходов, т.е. ширина раската регулируется непрерывно.
Стационарные делительные ножницы с верхним и нижним резом находятся от
4-валковой клети на расстоянии 18 м. Их применяют для обрезки переднего и заднего концов раската и разрезки его на мерные длины. На этих ножницах можно резать прокат толщиной до 75 и шириной до 2640 мм.
Семизонная система ламинарного охлаждения длиной 53 м управляется ЭВМ.
С помощью напольной моталки можно сматывать полосу толщиной до 19 мм. Мощность электродвигателя привода моталки 820 кВт. На барабане моталки диаметром 760 и шириной 2840 мм можно сматывать полосу в рулон наружным диаметром 1930 мм. На девятироликовой правильной машине, находящейся на расстоянии 9,5 м от ножниц, правят листы толщиной 4,75 - 75 и шириной 710 - 2640 мм. Мощность ее двигателя 890 кВт.
Пути модернизации действующих листовых станов горячей прокатки. Подход к модернизации должен быть индивидуальным для каждого стана с учетом его конструкции и уровня технологического процесса. Модерни
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
523
зация морально устаревшего стана не рациональна. Анализ достижений многочисленных фирм, производящих прокатное оборудование, показывает, что модернизацию листовых станов горячей прокатки осуществляют по следующим основным направлениям:
использование непрерывно-литых слябов увеличенной толщины, особенно при их большой ширине;
применение горячей загрузки и (или) прокатку транзитом;
более эффективное использование топлива в печах;
прокатка слябов с пониженной температурой;
получение рулонов повышенной массы;
изменение ширины слябов в значительных пределах для ослабления связи между МНЛЗ и станом и уменьшения числа слябов на складе;
предотвращение снижения температуры на входе в чистовую группу клетей;
прокатка в более узких пределах по толщине;
достижение высокой планшетности;
прокатка увеличенного тоннажа полос одной ширины или прокатка в произвольной последовательности по ширине;
повышение качества, поверхности полос;
обеспечение более высокой и (или) более постоянной температуры металла при прокатке;
достижение постоянной температуры смотки;
прокатка толстых полос особенно для производства труб;
прокатка сплавов повышенной твердости, коррозионно-стойких и кремнистых сталей;
увеличение производительности и уменьшение производственных расходов.
Далее приведены технические решения, выполняемые при модернизации станов.
Черновая группа клетей. Первая горизонтальная клеть (обжимная), используемая ранее в качестве окалиноломате-ля, стала значительно более мощной. На ней осуществляют высокие обжатия. С целью сокращения длины черновой хруппы в ней реализованы подгруппы непрерывных клетей. Так, например, непрерывно расположены две клети на стане 2135 (металлургический комбинат в Гэри, США) и три - на стане 2000 (Череповецкий металлургический комбинат, Россия).
Хорошие результаты при модернизации дает применение мощной вертикальной клети в реверсивной подгруппе черновой группы для изменения ширины непрерывно литых слябов или трех таких клетей, позволяющих довести обжатие по ширине слябов до 300 мм, что дает возможность совместить станы и МНЛЗ для прокатки с одного нагрева.
Чистовая группа клетей. Оснащают рабочие клети гидронажимными устройствами, системами осевого перемещения валков, их принудительного изгиба и теплового профилирования, увеличивают обжимную способность чистовой группы, а также предусматривают в этой группе клетей системы межклетьевого охлаждения и повышения скоростей прокатки с целью обеспечения требуемых температурных режимов технологического процесса.
Об эффективности осевого перемещения рабочих валков в сочетании с их противоизги-бом можно судить по следующим примерам: на стане завода в Какогаве (Япония) клети №№ 3 и 4 - 7 чистовой группы, оснащенные этими системами, обеспечивают снижение поперечной разнотолщинности листа до ±20 мкм. На стане 1780 г. Фукуяма (Япония), где система противоизгиба валков внедрена на клетях №№ 4 - 7, а осевое перемещение с ходом ±200 мм на клетях №№ 4 и 7, значительно снижен износ бочек валков и тем самым увеличен межперевалочный период работы стана, а поперечная разнотолщинность снижена в 2 раза.
Температура полосы. Важнейшим фактором, обеспечивающим оптимальную работу станов горячей прокатки, является точность достижения температуры полосы в основных точках технологической линии: на выходе из черновой хруппы клетей, на входе в чистовую группу, на выходе из чистовой группы и перед смоткой в рулон. Допускаются следующие отклонения температуры от заданной в указанных участках, °C: перед чистовой хруппой ±(10 - 30), в конце прокатки ±(10 - 15) и при смотке ±(10 - 15).
Сокращение времени на перевалку валков связано с уменьшением их износа, или более равномерного его распределения по длине бочки. Особенно это важно при прокатке больших партий полос одной ширины. Решение этой задачи достигается оснащением клетей чистовой группы механизмами циклического осевого перемещения валков.
Для достижения требуемой конечной температуры и точности полосы время прокатки в чистовой группе должно быть, по возможности, минимальным, т.е. равным, как показывает опыт, 1,5 - 2 мин.
Применение редуцирующих агрегатов. На тонколистовых станах горячей прокатки с целью получения интенсивных обжатий боковых граней устанавливают редуцирующие агрегаты, содержащие две мощные реверсивные клети (с вертикальными и горизонтальными валками), действующие в режиме непрерывной прокатки.
524
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Установка редуцирующего агрегата в потоке непрерывного широкополосного стана позволяет сократить число типоразмеров слябов, получаемых на машинах МНЛЗ, что обеспечивает уменьшение числа кристаллизаторов и сокращение времени на перестройку МНЛЗ с переходом на другую ширину слябов, повышает коэффициент использования площади станов, увеличивает выход годного, позволяет выпускать полосы повышенной точности, и в конечном счете увеличивать производительность МНЛЗ и непрерывного широкополосного стана соответственно на 7,3 и 1,5 %.
Совершенствование компоновок прокатных станов. Существуют различные компоновки широкополосовых станов горячей прокатки. На рис. 8.7.9 приведены варианты расположения оборудования. Анализ себестоимости проката,
удельных капитальных вложений, приведенных затрат и годового экономического эффекта показал, что наиболее экономически целесообразны схемы В и Д. В тоже время схема В позволяет получить более высокую производительность.
Объединение в непрерывную подгруппу двух или грех клетей черновой группы позволяет сократить потери теплоты прокатываемого сляба, протяженность стана и капиталовложения, а также дает возможность регулировать температуру конца прокатки в более широком диапазоне.
Основным показателем производительности широкополосового стана горячей прокатки является относительная масса рулона G/В (где G - масса рулона, В - ширина полосы). Проектные значения этого показателя для станов различных поколений следующие:
Поколение станов.... Первое	Второе	Третье
G/В, кг/мм.......... Ю - 12	18	36
Четвертое 18 - 26
в
нчг п ВО ГО У У
б
нчг
ОР 200

Рис. 8.7.9. Варианты (Л - Г) расположения оборудования непрерывного широкополосного стана: П - ось первой нагревательной печи; ВО вертикальный окалиноломатель;
ГО - горизонтальный окалиноломатель; У - универсальная черновая 4-валковая клеть;
НЧГ - непрерывная черновая группа; Р - реверсивная клеть;
НЧРГ- непрерывная черновая реверсивная группа; ЧГ- непрерывная чистовая группа;
ОР - отводящий рольганг; М - моталка
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
525
Однако для станов третьего поколения такого значения показателя не удалось добиться и G/В не превышает 24 кг/мм. Для станов четвертого поколения G/B =18-26 кг/мм, так как изменились критерии оценки работы стана и основными показателями являются экономичность процесса производства полосы и ее качество.
Способы сохранения теплоты прокатываемого металла. Успешно применяют в этих целях два альтернативных решения - промежуточное перемоточное устройство (ППУ или "Койлбокс", разработанное канадской фирмой "Стилко") и теплоизолирующие панели, использование которых уменьшает затраты по сравнению с ППУ, но при остановке стана или увеличении паузы между слябами приводит к охлаждению панелей. Поэтому часть слябов, прокатываемых после задержки, теряет некоторое количество теплоты. В этом отношении ППУ обеспечивает более стабильные температурные условия: рулон можно хранить в нем до 8 мин, не теряя при последующей прокатке товарного качества полосы.
Недостаток ППУ - ограничение скорости заправки подката и его толщины. Установлено, что максимальная скорость заправки в ППУ около 3 м/с, а максимальная толщина подката до 42 мм. Преимущества ППУ - снижение перепада температур между передним и задним концами полосы; экономия энергии благодаря снижению необходимой мощности приводов в чистовой группе клетей; снижение
общей длины стана на 30 - 40 % по сравнению с традиционной схемой; уменьшение концевой обрези.
С учетом того, что в случае применения ППУ температура подката перед чистовой группой клетей стабильна, прокатку в чистовой группе проводят с постоянной скоростью, равной заправочной скорости переднего конца полосы, т.е., если применять межклетьевое охлаждение, темп ускорения будет ниже, чем на обычных станах.
Совмещение процессов. Получает все большее распространение совмещение процессов непрерывного литья слябов и последующей прокатки на непрерывном стане. В этом случае существенную экономию тепловой энергии дают обеспечение горячей загрузки литых слябов в нагревательные печи и подогрев слябов только по кромкам газовыми горелками или индукционными нагревателями. При прямой прокатке или применении горячей садки рольганг от МНЛЗ до стана оборудуют теплоизоляционными крышками и др.
Агрегаты совмещения.На рис. 8.7.10 приведены три варианта агрегата, в котором МНЛЗ совмещена с прокатным станом, разработанные японскими фирмами: "Син Ниппон Сэйтэцу" - варианты I и /7; "Ниппон Кокан" - вариант III. Основные характеристики этих агрегатов даны в табл. 8.7.18. Снижение энергозатрат на агрегатах составляет соответственно до 570, 840 и 680 МДж/т в год.
Рис. 8.7.10. Варианты (7- III) совмещения МНЛЗ с прокатным станом:
1 - МНЛЗ; 2 - дефектоскоп; 3 - машина огневой зачистки;
4 - индукционный подогреватель граней слябов; 5 - печи; 6 - автокары; 7- поворотный стол;
8 н 14- окалиноломатели соответственно вертикальный и горизонтальный;
9 и 10- черновые клети соответственно 2- и 4-валковая; 11 - газовый подогреватель кромок подката;
12 - универсальная клеть; 13 - чистовая группа клетей; 15 - реверсивная черновая 4-валковая клеть;
16 - подогревательная печь; 17 - индукционный подогреватель кромок подката
526
Глава 8.7. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
8.7.18. Технические характеристики агрегатов*, скомпонованных в соответствии с вариантами 7- III
	I	II	III
Параметр	Год пуска		
	1981	1981	1985
Доля полос, получаемых методом прямой прокатки, %	80	90	60
Число ручьев	2	4	2
Размеры слябов (толщина х ширина х длина), мм	250 х (580 - 1320) х х (4300 - 9800)	350 х х (1000 или 1300) х х (4000 - 5700)	220 х (700 - 1650) х х (5900 - 14 500)
Скорость разливки, м/мин	1,6	0,9	2,5 (максимальная)
Тип стана	Непрерывный 1420	Полунепрерывный 1420	Непрерывный 1780
Производительность, млн. т/год	1,2	2,5	ДоЗ
Размеры полос (толщина х ширина), мм	(1,2 - 16) х х (600 - 1300)	(1,2 - 10) х х (550 - 1320)	(1,2 - 12,7) х х (550 - 1630)
Максимальная скорость прокатки, м/с:			
черновая группа клетей	6,7	5,1	-
чистовая группа клетей	15,8	16,0	26
Максимальная масса рулона, т	20	18,6	30
♦ В составе агрегатов используются МНЛЗ криволинейного типа.
Тонкие слябы. Вместо традиционного способа получения слябов толщиной до 300 мм, последующего их подогрева и прокатки на непрерывном стане с целью получения горячекатаных полос заданного размера, получает развитие более экономичный процесс, исключающий применение черновой группы клетей. Такой процесс основан на получении методом непрерывной разливки тонких слябов толщиной 40 - 50 мм, которые служат подкатом для чистовой группы клетей, число которых можно сократить в зависимости от толщины слябов. Возможна передача литых заготовок толщиной менее 10 мм, получаемых на листовых МНЛЗ, непосредственно на стан холодной прокатки. В этом случае предусматривают получение с МНЛЗ и конечной продукции, идущей на склад.
Реализация такой технологии вызывает необходимость повысить скорость литья до 15 м/мин для листа толщиной 2,5 мм. На действующих МНЛЗ такие скорости достигнуть пока не представляется возможным. Кроме того, возникают ряд других сложных задач, к которым следует отнести: подачу металла в кристаллизатор малой толщины и разработку специальных покрытий стенок кристаллизато
ра для устранения взаимодействия со слитком (например, диффузии меди в сталь), что особенно важно, так как зачистку поверхности и удаление дефектов тонких слитков трудно реализовать без больших потерь металла и снижения требуемого качества структуры (обжатие, в данном случае относительно мало по сравнению с обычной прокаткой).
Вместе с тем, возможно использование ППУ при отливке тонких слябов, а для получения полос из тонких слябов при необходимости соблюдения узкого температурного интервала деформации и малой производительности - использование стана с моталками в печах.
Впервые процесс прокатки тонких слябов в едином потоке был осуществлен фирмой "Шлеманн-Зимаг" (Германия) на заводе фирмы "Ньюкор Стил" (США) в 1989 г. Компактный агрегат выпускает слябы толщиной 40 - 50 мм, поступающие затем на непрерывный стан, состоящий из четырех клетей. Конечная толщина на выходе из стана составляет 2,5 - 12, ширина - 1340 мм. Схема стана приведена на рис. 8.7.11. Скорость разливки 5,4 м/мин, годовая производительность 800 тыс. т.
ШИРОКОПОЛОСОВЫЕ СТАНЫ
527
Рис. 8.7.11. Схема ЛПА с непрерывной группой клетей для объединенного процесса литья и прокатки полос:
1 - установка непрерывного литья стали; 2 - установка термофрезерной зачистки;
3 и 7 - летучие ножницы; 4 - печь для подогрева кромок; 5 - подогревательная печь; 6 - вертикальная клеть;
8 - система охлаждения полос; 9 - моталки; 10 - 4-клетьевой стан и система межклетьевого охлаждения;
11 - отводящий ролганг
Примеры модернизации. Реконструкция устаревшего широкополосового стана горячей прокатки 2030 проведена фирмой "Деви-Макки" (Великобритания).
Основными решениями при модернизации этого стана является установка: новой мощной реверсивной черновой клети, заменившей старую черновую группу из четырех клетей; ППУ для смотки раската массой 34 т и толщиной 35 мм; нового привода чистовых клетей и новой седьмой клети; двух новых моталок для смотки рулонов увеличенной массы взамен трех старых, а также увеличение удельной массы рулонов до 18 вместо 9 кг/мм.
Техническая характеристика модернизированного стана 2030
Реверсивная черновая группа клетей:
вертикальный окалиноломатель:
диаметр* * валков, мм.....	1067/990*
мощность главного привода, кВт ........................ 0-373/746
частота Вращения, мин*1 .... 0-375/750
минимальная скорость, м/с	..	1,022
горизонтальный окалиноломатель: диаметр валков, мм.........	914/864
длина бочки, мм........... 2030
мощность главного привода, кВт, при частоте вращения 500 мин'1 ................ 2000
реверсивная черновая клеть: мощность привода, МВт......	2 х 6,0/1,0
частота вращения, мин*1...	45/80
скорость прокатки, м/с....	5,03
ППУ: скорость на входе, м/с.........	0,3
толщина раската, мм............. 15/35
Размеры валков чистовых клетей, мм: рабочих:
минимальный диаметр.......	675/662*
максимальный диаметр......	714/701*
опорных: диаметр.................... 1397/1270*
длина бочки рабочих и опорных валков................ 2030
Моталки: ширина полосы, мм................ 1880-680
наибольшая масса рулона, т........34	__
* В числителе дроби - диаметр валка до переточки; в знаменателе - после переточки.
На заводе фирмы "Ниссан сэйко" (Япония) реконструирована чистовая ipynna из шести 4-валковых клетей. Три последние 4-валковые клети заменены 6-валковыми. При этом все клети оснащены системами осевого перемещения рабочих валков, а три последние - системами осевого перемещения промежуточных валков. Стан расположен вблизи МНЛЗ, связанной со станом для горячей загрузки в нагревательную печь бездефектных слябов. Это позволяет сократить расход топлива в 2 раза.
Японская фирма "Ниппон Кокан" провела реконструкцию стана 2030 на заводе в г. Фукуяме (Япония, несмотря на то, что стан относится к третьему поколению. Реконструкция вызвана ужесточением требований потребителей к качеству изделий и экономией энергоресурсов, обеспечиваемой следующим комплексом мероприятий: установка МНЛЗ вертикального типа для литья со скоростью 2,5 м/мйн слябов размерами 220 х (700 -1650) х (5900 - 14500) мм; газовый подохрев кромок сляба и индукционный - подката; на подводящем и промежуточном рольгангах установлены теплоизолирующие экраны, изготовленные из керамики и коррозионно-стойкой стали. В 7-клетьевой группе клети №№ 4-7 имеют подвижные в осевом направлении рабочие валки, что обеспечивает стабилизацию их износа и теплового профиля.
Обеспечена прокатка более 60 % слябов без промежуточного подогрева благодаря модернизации печей. Система автоматического регулирования подачи воды в душирующую
528
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
установку уменьшает расход энергии на 2 кВт • ч/т. Гидравлические нажимные устройства, установленные на вертикальном окали-ноломателе, обеспечивают большую точность расположения валков. В конструкции клетей №№ 4-7 чистовой группы предусмотрены осевое перемещение и противоизгиб рабочих валков. Головной компьютер, наряду с традиционными функциями, выдает информацию о технологических параметрах прокатки каждого раската, что существенно облегчает анализ результатов и корректирование технологии.
Как на приведенных станах, так и в общем случае повышение загрузки стана и увеличение его производительности в значительной степени зависит от времени, расходуемого на перевалку валков черновых и чистовых клетей и пауз, возникающих в чистовой группе. Анализ, проведенный фирмой "Деви-Макки" (Великобритания), показывает, что учет этих факторов совместно с удельной массой сляба может обеспечить увеличение коэффициента загрузки стана на 50 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Бровман М. Л. Современные толстолистовые станы в СССР и за рубежом // Сер. 1: Металлургическое оборудование. Вып. 5. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1989.
2.	Дружинин Н. Н. и др. Межклетевое охлаждение полосы в чистовой группе клетей широкополосного стана // Сталь, 1980. № 7. С. 596.
3.	Калетин И. М. Толстолистовой стан 5000 // Оборудование сортовых и толстолистовых прокатных станов. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989.
4.	Калетин И. М., Якнмушкин В. П., Бобров Л. М. Рабочая клеть кварто стана 5000 // Оборудование сортовьгх и толстолистовых прокатных станов. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989.
5.	Макеев Д. И. Основные направления развития листовых станов горячей прокатки // Прокатное и волочильное производство. Т. 9. М., 1978. ’
6.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3 т. М.: Металлургия, 1981. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А. И. Целиков, В. М. Полухин, В. М. Гребеник и др. 1982. 576 с.
7.	Нарисима С. и др. Эджерные клети для прокатки толстых листов с необрезными кромками на заводе фирмы "Кавасаки сэйтэцу" в г. Мидзусиме // Исикавадзима-Харима Гихо ,1987. Т. 27. № 3.
8.	Никифорова В. И., Пальмин А. Д. Математические модели напряженно-деформированного состояния валковых систем рабочих
клетей листопрокатных станов // Оборудование сортовьгх и толстолистовых прокатных станов. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1989.
9.	Омори В. и др. Эджерная клеть, прилегающая к толстолистовой клети. Технология изготовления листов без резки кромок // Тэцу то хаганэ, 1986. Т. 72. № 12.
10.	Оратовский Е. Л., Артамонова Е. А. Современные толстолистовые станы 5500 в Японии // Сер. 7: Металлургическое оборудование. Вып. 2. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1980.
11.	Орита А. и др. Приведение кромок к прямоугольной форме в прокатке толстого листа И Технология изготовления листа без резки кромок. Тэцу то хаганэ, 1986. Т. 72. № 12.
12.	Повышение качества проектируемого оборудования сортовьгх и толстолистовых прокатных станов / Л. М. Бобров, В. И. Дунаев, А. Д. Пальмин и др. // НТИ. Черная металлургия, 1987. № 19.
13.	Хаит Л. Е. и др. Особенности автоматизации комплекса МНЛЗ-НШС горячей прокатки // Сталь, 1990. № 8. С. 44 - 45.
14.	Целиков А. И. Прокатные станы: настоящее и будущее. М.: Знание, 1974.
15.	Illert К., Lackinger V. Modeme Grobbechwalzwerke // Blech Rohre Profile, 1978. № 10.
16.	Weber F., Oswald W., Engel M., Kopf G. Ausbau des Blechwalzwerkes der Dillinger Hiittenwerke // Stahl und Eisen, 1987. Bd. 107. № 7.
Глава 8.8
ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
8.8.1. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ЛИСТОВ
Общие сведения. Листовой прокат - вид продукции, потребляемой во многих отраслях промышленности - автомобильной, электротехнической, авиационной, трубной и др. Особенно большим спросом пользуется высо-коэкономичный холоднокатаный лист. Так, применение холоднокатаных листов позволяет снизить массу изделий в среднем на 30 - 50 % по сравнению с массой изделий из стальных отливок. Сварные трубы и множество различных профилей, изготовленных из листового проката, обладают более тонкой стенкой, что позволяет сэкономить до 15 % металла. Эти достоинства холоднокатаного листа привели к стабильному увеличению его производства как в России, так и за рубежом.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
529
В свою очередь, возросшая потребность в холоднокатаном листе вызвала необходимость улучшить его качество (включая точность, планшетность, качество поверхности и механические свойства), а также значительно расширить сортамент.
Характеристики листовых станов холодной прокатки. Решение проблем качества проката и его сортамента связано с разработкой высокоэффективных конструкций широкополосовых станов и технологических процессов прокатки, а также с применением комплексных систем автоматизации. С помощью ЭВМ реализованы математические модели и алгоритмы расчетов по управлению процессом прокатки, что создало предпосылки для появления нового поколения высокоэффективных широкополосовых непрерывных и бесконечных станов холодной прокатки.
Для этих станов характерны более высокие скорость прокатки (до 40 м/с и более) и мощность главных приводов (до 40 МВт и более), большая масса рулонов (до 60 т), а также автоматизация станов на основе АСУШ, более совершенный процесс подачи полосы в валки, наличие гидравлических нажимных устройств, осевого перемещения и принудительного изгиба валков, модернизированные системы технологического смазывания
и охлаждения валков, сокращенное время перевалки валков, более совершенные опорные узлы и наличие тиристоров.
На современных станах все операции, начиная от подачи горячекатаных рулонов и
кончая транспортированием готовых холодно
катаных рулонов, полностью автоматизированы. Применяют также ускоренные процессы травления, эффективные сварочные машины
для соединения рулонов, агрегаты механиче
ского удаления окалины с поверхности полос, непрерывный отжиг холоднокатаных полос и Др.
Холодную прокатку полос и лент осуществляют, в основном, на следующих станах: многоклетьевых рулонной прокатки; непрерывных бесконечной прокатки;
2-клетьевых - тандем;
одноклетьевых рулонной прокатки реверсивных и нереверсивных;
лентопрокатных;
фольгопрокатных для фольги толщиной 0,001 - 0,1 мм.
Размеры, получаемых на этих станах изделий, мм:
Полоса......
Жесть.......
Лента ......
Минимальная толщина 0,150 Около 0,060 До 0,001
Ширина
2000 и более До 1300 1000 и более
Заготовкой для станов холодной прокатки служат горячекатаные травленые полосы толщиной, мм: 2-6 при производстве конструкционной стали; 1,5 - 3 при производстве жести.
Определяющим конструктивным параметром полосовых станов является длина бочки валков рабочих клетей, которая характеризует максимальную ширину прокатываемых полос. По этому параметру непрерывные станы подразделяют на две основные 1руппы - с длиной бочки валков 1200 - 1700 и 2000 - 2500 мм. К первой ipynne станов относится большинство непрерывных станов холодной прокатки, составляющее 65 - 70 % всего парка станов. Наиболее распространены станы трех основных типоразмеров - с длиной бочки валков 1400, 1700 и 2000 мм.
Станы с длиной бочки валков до 1400 мм применяют для прокатки электротехнической и конструкционной низколегированной сталей и производства жести. Станы с длиной бочки валков 1700, и особенно 2000 мм, распространены больше. Для этих станов характерны высокие производительность (1,2 - 3,0 млн. т/год) и качество выпускаемого листа (особенно листа для автомобильной промышленности). Строительство станов с валками, длина которых не превышает 2000 мм, будет преобладать и в будущем, что объясняется потребностью в листах такого типоразмера в различных отраслях промышленности и экономической целесообразностью. При увеличении длины бочки валков возрастают капитальные затраты на производство и эксплуатационные расходы.
Производство холоднокатаных листов подразделяют на следующие основные этапы: удаление окалины с горячекатаных полос;
прокатку;
отжиг холоднокатаных рулонов;
дрессировку при необходимости получения требуемых свойств для глубокой вытяжки;
разрезку на мерные листы в агрегатах резки.
Удаление окалины с поверхности горячекатаной полосы - важная операция, необходимая для получения качественной холоднокатаной полосы. Наиболее распространенным способом удаления окалины является кислотное травление полосы в травильных агрегатах. Регенерация растворов позволяет использовать соляную или серную кислоту повторно, однако затраты на оборудование и эксплуатацию достаточно велики, а производительность агрегатов невысокая.
В целях повышения эффективности кислотного травления фирмой "Маннесман Де-маг Зак” (Германия) разработан интенсивный процесс травления в турбулентной ванне. Раствор, находящийся в ванне под высоким дав
530
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
лением, воздействует по всей ширине полосы с обеих ее сторон, а отводят его из пространства под полосой. В этом случае полоса получается более чистой, чем в традиционных агрегатах. Время травления сокращается на 35 %, расход электроэнергии - на 30 %, объем кислотных выделений - на 40 %. В то же время загрязненность полосы уменьшается в несколько раз. Для ускорения процесса травления применяют стимуляторы травления, при этом снижается температура травильного раствора, что, в свою очередь, обеспечивает уменьшение перегрева металла и его загрязненность.
Высокопроизводительную установку, работающую на соляной кислоте и действующую непрерывно, используют для травления горячекатаной полосы, являющейся заготовкой для 5-клетьевого стана холодной прокатки (установлен на заводе в Китае, изготовлен немецкой фирмой "Шлеманн-Зимаг"). Чтобы обеспечить периодическую работу агрегатов стыкосварки и резки полосы, а также ее смотку, эта установка оснащена накопителями полосы на входе и выходе. Управление осуществляется ЭВМ. По своей годовой производительности (2,4 млн. т) установка является самой мощной в мире. Максимальная скорость прохождения полосы шириной 900 - 1900 мм через травильный участок равна 6 м/мин. Накопители на входе могут принимать 720, а на выходе 450 м полосы толщиной 1,8-6 мм. Экономичность установки значительно повышена благодаря проводимой регенерации соляной кислоты.
Недостаточная эффективность кислотного травления, а также проблемы, связанные с экологией, и возможные потери металла при перегреве полосы привели к необходимости создания бескислотных способов травления.
К таким способам относится способ Исиклин, разработанный в Японии и состоящий в том, что на полосу через сопло подают под давлением 10 МПа смесь железистого песка с водой. Сопла устанавливают под определенным углом с целью охвата всей поверхности полосы. Такой процесс достаточно экономичен, экологически безвреден, а расход воды и абразива невысок. Длина агрегата сокращается до 156 м (вместо 295 м при установке кислотных травильных агрегатов). Капиталовложения при бескислотном способе травления ниже на 40 %, а эксплуатационные расходы - на 30 % по сравнению с кислотным травлением.
Фирма "ИХИ" (Япония) применила также для ускорения удаления окалины процесс ПВ (прокатки - волочения), разработанный в СССР. В этом случае, благодаря S-образному охвату валками полосы при различной окруж
ной скорости валков, полоса подвергается деформации сдвига, приводящей к разрыву слоя окалины.
Совмещение процессов Исиклин и ПВ обеспечивает экономию капитальных и текущих расходов на 50 - 80 %, создает компактную линию удаления окалины, безопасную работу, гарантирующую охрану окружающей среды.
На Череповецком металлургическом комбинате (Россия) опробован новый бескислотный способ абразивно-порошкового удаления окалины (АПО). Установка состоит из трех модулей и позволяет обрабатывать полосу размерами, мм: толщина 1,4 - 4,0; ширина 900 - 1550; скорость обработки 90 м/мин. Производительность установки рассчитана на 500 - 600 тыс. т/год низколегированных углеродистых сталей с пв 650 МПа.
Очищающим средством является гранулированный отбеленный чугун, измельчаемый в тонкий абразивный порошок с острыми кромками. В модулях АПО порошок под некоторым давлением и воздействием магнитного поля прижимается к полосе, обеспечивая тем самым сошлифовку окалины. Каждый модуль содержит две пары камер с магнитными валиками, причем в эксплуатации находится одна пара, а в другой паре заменяют гранулит, насыщенный окалиной. Порошок после этого отделяют от окалины и используют в дальнейшей работе.
Совмещенные агрегаты. Дальнейшее развитие процессов удаления окалины и холодной прокатки - объединение непрерывного травильного агрегата со станами холодной прокатки. Впервые такой совмещенный агрегат был построен на заводе фирмы "Юзинор" (Франция). В 1987 г. такой совмещенный агрегат был реализован на заводе фирмы "Поско" (Южная Корея). В 1989 г. непрерывный травильный агрегат (НТА) был объединен с непрерывным 5-клетевым станом холодной прокатки на заводе фирмы УПИ в г. Питсбурге (США), а на заводе фирмы "Брокеноилл" (г. Порт-Кембла, Австралия) действующий 5-клетъевой непрерывный стан холодной прокатки был дополнен новым травильным агрегатом с турбулентной ванной.
В табл. 8.8.1 приведены данные по непрерывным линиям травления (В), прокатки (7) и отжига (б).
По данным фирмы "Маннесман Демаг Зак" совмещенные агрегаты имеют значительные преимущества перед раздельными агрегатами травления и непрерывными станами -меньшие численность обслуживающего персонала и расход валков, повышенные выход годного проката, точность размеров полосы и ее планшетность, меньшее число обрывов по сварному шву и сниженный расход электроэнергии.
8.8.1 Характеристики непрерывных линий травления, прокатки и отжига
Место установки	Год		Фирма изготовитель	Размеры полосы, мм		Скорость прокатки, м/мин	Проектная мощность, тыс. т/год	Линия		
	строительства	реконструкции		Ширина	Толщина (готовой полосы)			В	т	G
а	1989 (В)	1989 (7)	MDS*	600 - 1350	0,30 - 2,0	1400	1000	-	5	-
б	1956	1986	"Клесим"	600 - 1650	0,40 - 3,0	1800	1600	НС1	4	-
в		1984	MDS	570 - 1600	0,25 - 3,0	1500	1200	H2SO4	5	-
г	1969	1985	"Хитачи"	600 - 1600	0,15 - 3,2	1900	1800	НС1	5	-
д	1987 (Л	1987 (В)		600 - 1650	0,35 - 2,3	1200	1560	-	4	-
е	1982 (В)	1982 (7)		1400	0,18 - 1,2	2300	1080	НС1	6	-
ж	1982 - 1986	-		800 - 1650	0,4 - 2,0	-			4	+
3	1987		MDS	620 - 1670	0,4 - 2,0	600	1000		4	-
и	1989			610 - 1370	0,2 - 1,8	2133	1413		5	-
к	1990		"Хитачи"	1675	0,4 - 2,0	900	-		4	+
♦ MDS - "Маннесман Демаг Зак" (Германия).
Примечания: 1. Приведенные сведения для линий: В - кислота, применяемая в травильном отделении; Т - число клетей в непрерывном стане; G - наличие (+) или отсутствие проходной печи для отжига.
2. Условные обозначения: MDS - фирма "Маннесман Демаг Зак"; а - Австралия, "Брокен Хилл пропрайети", г. Порт-Кембла; б -Франция, "Соллак", г. Санта-Агата; в - Франция, завод Монтатэр; г - Япония, "Кавасаки Стил"; д - Япония, "Никон Кокан"; е и ж - Япония, "Нихон Стил", заводы Кимицу и Хирохата; з - Южная Корея, "Поско", Похань; и - США, УПИ, г. Питсбург, к - США, "Ай-эн-Тек".
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ ЛИСТОВ
532
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Конструктивные особенности современных листовых станов. Рабочие клети. Наиболее распространенной конструкцией рабочей клети листового стана холодной прокатки является 4-валковая клеть (рис. 8.8.1) с высокой жесткостью валковых систем и клети в целом.
Получили распространение 6-валковые конструкции клетей с промежуточными валками. Клети в 6-валковом исполнении имеют РЯД преимуществ и недостатков. При этом следует различать два типа таких клетей: клети с промежуточными валками и клети с опорными роликами. Первый тип клетей (рис. 8.8.2) используют чаще всего как финишный, обеспечивающий наилучшие показатели по качеству проката. В некоторых случаях при модернизации станов такие клети устанавливают вместо нескольких 4-валковых клетей.
Однако, опыт эксплуатации таких клетей на ряде станов, включая и станы горячей прокатки, показал, что происходит быстрый износ перемещаемых в осевом направлении промежуточных валков и на валках появляются усталостные трещины и сколы. Использование разработанной фирмой "Шлеманн-Зимаг" (Германия) технологии CVC обеспечивает снижение износа промежуточных валков на 25 - 30 % и тем самым уменьшает расход этих валков и простои стана.
На 5-клетьевом стане-тандем фирмы "Поско” (Южная Корея) при модернизации последняя клеть выполнена 6-валковой (рис. 8.8.3) по технологии CVC.
Техническая характеристика стана-тандема
Размеры полосы, мм: исходная толщина 	5-1,8
конечная толщина 	1,6-0,15
ширина................... 500	- 1270
Диаметры рулона, мм: наружный (максимальный).........	2050
внутренний............... 610	и 508
Масса рулона, т.......	28
Скорость прокатки, м/с ..	30,8
Клети 1 - 4:
Размеры валков, мм: рабочих .............
опорных ..........
Клеть № 5:
Размеры валков (диаметр х длина бочки), мм: рабочих .............
промежуточных.....
опорных ..........
(585/516) х 1425 (1435/1285) х 1425
(390/350) х 1425
(490/450) х 1625 (1360/1285) х 1425
Рис. 8.8.1. Четырехвалковая клеть современного листового стана:
1 - разматыватель; 2 и 3 - моталки №№ 1 и 2; 4 - тянущее правильное устройство;
5 - измеритель планшетности; 6 - измеритель толщины; 7 - пресспроводка;
8 - клиновое устройство; 9 - гидравлическое нажимное устройство;
10 - многозонное охлаждение
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
533
Рис. 8.8.2. Шестивалковая клеть фирмы "Хитачи" (Япония):
1 - опорный валок; 2 - промежуточный валок; 3 - рабочие валки; 4 - полоса; Р - сила прокатки; Q - сила противоизгиба
Рис. 8.8.3. Пятиклетьевой стан фирмы "Поско" (Южная Корея):
1 - конвейер рулонов на входе; 2 - входной участок с натяжным роликом и прижимом полосы;
3 - ГНУ; 4 - проводки полосы; 5 - CVC совместно с системой противоизгиба;
6 - ролик для измерения планшетносги полосы
Во втором типе 6-валковой клети с опорными роликами (рис. 8.8.4) осуществляется регулирование раствора валков и планшет-ности полос при воздействии сосредоточенной нагрузки, создаваемой роликом на бочку опорного валка. В этом случае без потери нагрузочной способности клети появляется возможность уменьшить диаметр опорных валков, что в некоторых случаях выгодно для крупных станов. Такое исполнение клетей применяют на заводах России, например промышленный стан 1350. Обе модификации клетей значительно сложнее 4-валковых, особенно управ
ление ими, поэтому такие станы не могут успешно конкурировать с традиционными 4-валковыми клетями, но являются перспективными с точки зрения обеспечения точности проката.
Основные элементы устройств и систем современных станов холодной прокатки. Гидронаж имное устройство (ГНУ) (рис. 8.8.5) является конечным исполнительным элементом системы автоматического регулирования толщины (САРТ) полосы, которое корректирует положение валков и, в значительной степени, определяет эффективность САРТ.
534
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Рис. 8.8.4. Шестивалковая клеть конструкции АХК ВНИИМЕТМАШ (Россия): силы, действующие в 6-валковой клети: R - от опорного ролика;
F- от гидрораспора подушек опорных валков; Q - от противоизгиба рабочих валков; Р - сила прокатки
Рис. 8.8.5. Гидравлическое нажимное устройство
Установленный над подушкой верхнего опорного валка гидроцилиндр 1 снабжен датчиками 2 положения его плунжера. Поток поступающей в цилиндр рабочей жидкости управляется сервоклапаном 3, в который жидкость поступает от насоса 4 и обеспечивающего пиковые расходы жидкости аккумулятора 5. Сигнал 7 задания положения плунжера непрерывно сопоставляется с сигналами обратной связи от датчиков, обработанными блоком 8. Процедура происходит в сравнивающем электронном блоке б, тде формируется сигнал управления на сервоклапан.
Возможны два режима работы ГНУ: по положению плунжера (тогда это устройство представляет собой позиционную алектрогид-равлическую систему программного управления с электрической обратной связью) и по давлению в гидроцилиндре (в этом случае режим прокатки протекает при постоянной силе).
В некоторых случаях, когда необходимо менять раствор валков в широких пределах, целесообразно комбинировать ГНУ с электромеханическим нажимным устройством 9 (ЭМНУ), которое обеспечивает большие изменения межвалколвого зазора при отсутствии металла в валках, а ГНУ выполняет роль исполнительного элемента САРТ с коротким ходом цилиндра, и соответственно, - тонким слоем рабочей жидкости.
Система регулирования профиля валков (СРПВ). С целью ».иксимального снижения поперечной разно-толщинности и получения хорошей планшет-ности полос, зависящих от упругой деформации валковой системы и неравномерности теплового профиля валков, все полосовые станы оснащают СРПВ.
Наиболее распространены системы, основанные на противоизгибе рабочих валков, их дополнительном изгибе или на комбинации этих вариантов, обеспечивающей наибольшую мобильность при эксплуатации валков.
В России наиболее часто используют СРПВ на основе обратимой гидромашины объемного типа при бесклапанном регуляторе давления, разработанную ВНИИМЕТМАШем. В этом случае гидравлический поршневой мультипликатор выполнен в виде реверсивной обратимой аксиально-поршневой машины роторного типа с приводом от электродвигателя постоянного тока. Ее принципиальная структурная схема, приведенная на рис. 8.8.6, содержит мотор-насос 2, приводимый от электродвигателя 7, бак 7, гидроцилицдр 4, дроссель 5 и предохранительный клапан 6. В схему управления двигателем входят задатчик давления 8 в гидроцилиндре, операционный усилитель Я тиристорный преобразователь 10 и датчик давления 3.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
535
Рис. 8.8.6. Структурная схема устройства с бесклапанным гидроприводом
Система осевого перемещения рабочих валков получила широкое распространение на широкополосных станах горячей и холодной прокатки в результате обеспечения следующих преимуществ по сравнению с традиционными конструкциями рабочих клетей, не оснащенными такой системой:
увеличение продолжительности работы валков и снижение числа, их перевалок, благодаря рассеянию износа по бочке валка;
обеспечение беспрограммной прокатки полосы произвольной ширины заданного сортамента, т.е. без необходимости традиционного перехода от большей ширины к меньшей;
повышение точности проката в результате устранения кромочного эффекта и усиления эффективности СРПВ.
На рис. 8.8.7 приведены схемы наиболее известных систем осевого перемещения рабочих и промежуточных валков для 6-валковых клетей, применяемые в Японии, Германии, США, Великобритании и других странах. В России впервые такая система была применена на стане горячей прокатки 2000 Новолипецкого металлургического комбината.
Прокатные станы для производства листового проката массового потребления (например, автолиста). Наиболее эффективным, с точки зрения технико-экономических показателей является применение непрерывных многоклетьеых станов, приводящее к значительному снижению расходных коэффициентов, повышению точности и качества прокатываемых полос.
Станы этой труппы можно подразделить на два типа - непрерывные станы для прокатки рулонов большой массы и станы бесконечной прокатки.
Наиболее современными станами по производительности и качеству проката, являются станы бесконечной прокатки. Создание таких станов - крупное достижение в прокатном производстве, возможное только благодаря изготовлению комплекса автоматизированного оборудования на базе управления с помощью ЭВМ.
Примеры станов бесконечной холодной прокатки приведены в табл. 8.8.2.
Отличие состава оборудования станов бесконечной прокатки от обычных непрерывных станов состоит в том, что в линию стана дополнительно устанавливают стыкосварочную машину и петлевое устройство, которые обеспечивают непрерывную прокатку рулонной полосы, свариваемой встык без остановки процесса прокатки, а следовательно, - без пауз между концом одного рулона и заправкой полосы другого рулона (это устраняет соударение концов полос с валками). На современных станах этого типа перевалку рабочих валков осуществляют без выпуска полосы из стана.
Рис. 8.8.7. Схемы системы перемещения валков:
а - осевой сдвиг промежуточных валков при противоизгибе рабочих валков;
б - осевой сдвиг промежуточных валков и их противоизгиб;
в - осевой сдвиг промежуточных и рабочих валков с противоизгибом рабочих валков; г - скрещивающиеся валковые системы; д - профилированные валки;
1 - противоизгиб; 2 - рабочие валки; 3 - осевой сдвиг; 4 - промежуточные валки;
5 - направления перемещения валков
536
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
8.8.2. Станы бесконечной холодной прокатки
Стан	Изготовитель стана	Место .установки	Год пуска стана
1400	ПО "Уралмаш" (Россия)	Карагандинский металлургический комбинат	1983
1700		Череповецкий металлургический комбинат	1989
1730	Завод в г. Касиме (Япония)		1983
2030	"Шлеманн-Зимаг" и "Сименс" (Германия)	Новолипецкий	метал- лургический комбинат	1980
Установка дополнительных машин в составе станов бесконечной прокатки и необходимых автоматических систем управления приводит к увеличению капитальных затрат на 20 % по сравнению с созданием непрерывного стана. Однако дополнительные затраты быстро окупаются благодаря преимуществам, обусловленным непрерывностью процесса. Эти преимущества позволяют исключить трудоемкую операцию заправки полосы в стан и связанные с ней паузы между рулонами, что увеличивает производительность оборудования и улучшает качество проката.
На непрерывных станах потери времени по этим причинам достигают 15 - 20 %. При бесконечной прокатке значительно повышается выход годного металла, исключаются некондиционные по толщине концы полос, которые на обычных станах достигают большой длины. При толщине полосы 0,23 мм, прокатанной на обычных непрерывных станах, длина ее несортовых концов составляет до 65 м, при толщине 0,8 - 23 м (средние данные по японским станам). На станах бесконечной прокатки резко снижается длина несортовых участков и соответственно составляет 17 и 14 м.
Ликвидация ударов на концах полосы при входе в прокатную клеть и выходе из нее улучшает условия работы валков, увеличивает срок их службы, сокращает число перевалок, сохраняет хорошую рабочую поверхность бочки валков и повышает качественные характеристики полосы.
Шест и клетьев ой стан с вертикальным петлевым устройством впервые в мире был использован для проведения бесконечной холодной прокатки на заводе фирмы "Ниссан сэйко" (Япония) в 1969 г. Входная и выходная клети этого стана 2-валковые, а непрерывная группа состоит из четырех клетей.
Пятиклетьевой	стан
1370 бесконечной прокатки полос из малоуглеродистой стали (рис. 8.8.8) был введен в
действие на заводе фирмы "Нэшнл Стил" (г. Уиртон, США) в 1975 г.
Производимая продукция - холоднокатаная полоса толщиной 0,15 - 1,24 и шириной 610 - 1230 мм, максимальная скорость прокатки 33 м/с. Заготовкой является горячекатаная травленая полоса толщиной 1,2 - 4,75 мм. Оборудование стана рассчитано на прокатку рулонов массой до 32,7 т при средней массе рулона 13,6 т.
Стаи оборудован накопителем полосы с горизонтальным расположением четырех петель, натяжение которых поддерживается двумя тележками 45,4 - 68 кН. Максимальная вместимость петлевого устройства составляет 305 м. Перед входом в стан установлено трехроликовое натяжное устройство, в котором обеспечивается натяжение перед первой клетью до 181 кН.
Значительное заднее натяжение полосы перед первой клетью допускает обжатие в этой клети до 35 % общего обжатия полосы в стане, что позволяет подавать в стан исходную полосу увеличенной толщины.
Стан состоит из пяти 4-валковых клетей, расстояние между которыми 4,9 м. Материал рабочих валков - легированный чугун, опорных - сталь; размеры валков соответственно 585 х 1370 и 1525 х 1370 мм.
Перевалочные устройства рабочих клетей гидравлического типа. Продолжительность перевалки всех клетей сгана до 6 мин. Клети оснащены гидравлическими нажимными устройствами, размещенными в нижней части станины, с гидроцилиндрами диаметром 812 и ходом поршня 170 мм при рабочем давлении до 24,6 МПа. В верхней части станины имеется электромеханическое нажимное устройство.
На основе применения гидронажимных устройств на стане реализован принцип дифференцированной жесткости клетей.
Клеть № 1 работает в режиме бесконечно жесткой клети, а клети №№ 2 - 5 - в режиме мягких клетей. При таком способе в клеть № 2 полоса поступает постоянной толщины
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
537
Рис. 8.8.8. Стан бесконечной холодной прокатки 1370 фирмы "Нешнл Стил** (США):
1 - разматыватель; 2 - правильная машина; 3 - тянущие ролики; 4 - ножницы; 5 - сварочная машина;
6 - роликовое натяжное устройство; 7 - детектор сварного шва; 8 - петлеобразующие тележки;
9 - рентгеновский толщиномер; 10 - рабочие клети; 11 - барабанные ножницы;
12 - отклоняющие ролики; 13 - натяжная моталка
независимо от колебаний толщины на входе, благодаря регулированию зазора нажимным устройством в клети № 1 и изменению скоростей и натяжений в клетях №№ 2-5.
Эффективность работы непрерывного 5-клетьевого стана 1 7 3 0 (завод "Сумитомо киндзоку кого", г. Касима, Япония) увеличена в результате его модернизации - стан переведен на бесконечный режим прокатки благодаря установке следующих дополнительных механизмов: стыкосварочной машины, петленакопителя, ножниц поперечной резки и другого вспомогательного оборудования.
Для стана 1730 после реконструкции характерно более рациональное использование площадей цеха. Петленакопитель установлен перпендикулярно к оси стана. Причем продольная ось стана делит петленакопитель примерно пополам. Для реализации такой схемы необходимо обеспечить поворот полосы на 90° от петленакопителя к входу в стан. Это осуществляется посредством устройства, разработанного фирмами "Сумитомо киндзоку коге" и "Мицубиси дзюкоге" (Япония). Устройство имеет раму в виде 13-гранной усеченной пирамиды с тринадцатью стойками, которые размещены с разным шагом - девять стоек сгруппированы во входной части устройства, четыре - в выходной части. На стойках установлены многосекционные ролики с покрытием из нейлона.
При такой конструкции устройства полоса огибает гипотетический конус без перегибов и деформации, сохраняется ее пространственная ориентация (верхняя и нижняя поверхности полосы не меняются местами). Диаметры оснований гипотетического конуса, м: меньшего 1,3, большего 3,1. Максимальный радиус изгиба полосы около 1,5 м.
Техническая характеристика стана 1730
Число клетей.............. 5
Прокатываемая полоса: материал.................... Стали:	низко-
и высокоуглеродистые, высокопрочные толщина, мм................ 0,25	- 3,20
Исходная заготовка........ Горячекатаная
травленая полоса
Размеры исходной полосы, мм:
толщина.................... 1,6	- 6,0
ширина..................... 600	- 1625
Масса рулона, т................ До	45
Максимальная скорость прохождения полосы, м/с, на участке:
разматывателя - накопителя ....................... 11,7
петленакопителя.......	9,5
выхода из стана....... До 30,2
Первый в России стан 2030 бесконечной холодной прокатки стальной полосы (рис. 8.8.9), сданный в эксплуатацию в 1980 г. на Новолипецком металлургическом комбинате, построен фирмами "Шлеманн-Зимаг" и "Сименс” (Германия). Этот стан является одним из наиболее современных в мире и предназначен для рулонной и бесконечной прокатки горячекатаных травленых полос из углеродистой стали.
Входная часть стана содержит оборудование, обеспечивающее бесконечный режим его работы: две шагающие балки с центрирующим устройством, каждая из которых рассчитана на
538
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Рис. 8.8.9. Стан бесконечной холодной прокат 2030 Новолипецкого металлургического комбината:
1 - Агрегат травления полосы; 2 - моталки; 3 - склад рулонов; 4 - разматываетли;
5 - сварочная машина; 6 - накопитель полосы; 7 - натяжное устройство; 8 - рабочие клети
прием четырех рулонов; две загрузочные тележки; два устройства вертикального центрирования рулонов; два устройства для удаления обвязочной ленты; два разматывателя, тянущие ролики; правильные машины; механические ножницы направляющего стола; стыкосварочную машину; натяжные роликовые устройства; петлевое накопительное устройство и ряд других роликовых устройств.
Техническая характеристика стана 2030
Максимальная сила прокатки, МН.......................... 30
Размеры исходной заготовки, мм: толщина полосы для бесконечной прокатки................ 1,8	-	4,5
толщина полосы для рулонной прокатки................ 1,8	-	6,0
ширина полосы............... 900	-	1850
Диаметры исходных рулонов, мм: внутренний.................. 750
наружный................... 1200	- 2250
Диаметры производимых рулонов, мм: внутренний.................. 600
наружный................... 1200	- 2200
Масса рулона, т: максимальная................ 45
относительная максимальная на 1 мм ширины.............. 0,026
Размеры готовых полос, мм: толщина..................... 0,35 - 2,0
ширина................... 900 - 1850
Допустимые отклонения подката, мм: ширины (в пределах одной 1-2 длины полосы)...............
серповидность (отклонение от прямой линии на 1 дм д лины полосы)........... 25
Качественная сварка полос при бесконечной прокатке на стане обеспечивается для концов полос, отличающихся по толщине до 0,6 и ширине до 200 мм.
Допуск толщины заготовки перед чистовыми клетями на всей ее длине, а также максимальная волнистость горячекатаной полосы на 1 м длины приведены в табл. 8.8.3.
Допуск (8Л) конечной толщины холоднокатаных полос (табл. 8.8.4), получаемых бесконечной прокаткой, зависит от скорости прокатки.
Отклонения толщины измеряют и регистрируют бесконтактным микрометром за пятой клетью стана в середине полосы по всей ее длине.
Основной продукцией стана 2030 является автомобильный лист, прокатываемый из стали 08Ю. В табл. 8.8.5 приведен сортамент производимой на стане продукции.
Оборудование стана - пять рабочих клетей, оснащенных гидравлическими нажимными устройствами с двумя гидравлическими цилиндрами диаметром 965 мм в каждой клети. Максимальная скорость перемещения 2,5 мм/с при ходе 120 мм.
В табл. 8.8.6 приведена техническая характеристика комплекта валков. Перед установкой в- клеть валки шлифуют на специальных станках с точностью шлифования по овальности и конусности, мм: для рабочих валков 0,005; для опорных валков 0,008. Допустимое биение бочки валка относительно его шейки, мм: для рабочих валков 0,005; для опорных валков 0,008. Суммарный допустимый эксцентриситет рабочих и опорных валков 0,045 мм.
Рабочие валки пятой клети насекают стальной или чугунной колотой дробью фракции 0,8 - 2,0 мкм до шероховатости 3,0 -3,5 мкм. Шероховатость рабочих валков клетей №№ 1-4 после шлифовки 0,25 - 0,60 мкм.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
539
8.8.3. Допуск толщины и волнистость горячекатаных полос, мм
Толщина полосы, мм	Допуск толщины	Волнистость на 1 м длины
1,8 - 3,0	±0,20	10 - 7
3,1 - 4,5	±0,25	8 - 6
4,6 - 6,0	±0,30	6
8.8.4. Допуски 8й конечной толщины холоднокатаных полос
Толщина полос,	Допуск толщины (работа с ЭВМ/ручная работа), мм		
	6А1/8А2	8А3/6А4	
мм	Скорость прокатки, м/мин		
	281 - 1800	280 -v	100 - 280
0,25 - 0,40	±0,0045/±0,006	±0,011/±0,014	±0,040/±0,050
0,41 - 0,60	±0,006/±0,008	±0,011/±0,014	±0,060/±0,073
0,61 - 0,80	±0,006/±0,008	±0,011/±0,014	±0,080/±0,107
0,81 - 1,00	±0,008/±0,010	±0,013/±0,016	±О,О85/±О,11О
1,01 - 1,20	±0,009/±0,011	±0,015/±0,018	±0,090/±0,113
1,21 - 1,50	±0,011/±0,013	±0,017/±0,022	±0,110/±0,140
1,51 - 2,00	±0,015/±0,020	±0,025/±0,030	±0,130/±0,156
2,10 - 2,60	±0,018/±0,025	±0,028/±0,038	±0,150/±0,200
2,70 - 3,50	±0,025/±0,035	±0,040/±0,050	±0,170/±0,213
Примечание. Допуски 8Aj и 8Л2 получают при бесконечной прокатке холоднокатаных полос с постоянной скоростью; 8Л3 и 8Л4 - при прокатке во время ускорения или замедления в диапазоне скоростей 280 - v, где v - некоторая постоянная рабочая скорость, зависящая от программы прокатки; 8Л5 и 8/^ -во время ускорения и замедления валков.
8.8.5. Толщины (мм) исходного и готового автомобильного листа, прокатываемого на стане 2030
Исходный лист *	Готовый лист
2,0 - 2,5	0,35 - 0,9
2,7 - 3,0	0,70 - 1,5
3,0 - 3,9	0,80 - 2,0
* Ширина исходного листа для всех его толщин 900 - 1850 мм.
8.8.6. Техническая характеристика комплекта валков стана 2030
Валок	Материал бочки валка	Твердость поверхности по Шору		Размеры бочки валка, мм		Масса, кг
		бочки	шейки	Диаметр	Длина	
Рабочий	9Х2МФ	93 - 102	50-60	615 - 550	2030	6230
Опорный	75ХМ	60-75	30 - 55	1600 - 1430	2030	42 450
540
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Допустимая разность диаметров пары валков соответственно рабочих и опорных 3 и 100 мм.
Привод рабочих валков индивидуальный от сдвоенных электродвигателей через зубчатые муфты, двойные передачи и зубчатые шпиндели. В табл. 8.8.7 приведена техническая характеристика линии главного привода.
Гидравлическая система стана 2030 содержит гидроприводные станции и соответствующие магистрали на пять номинальных давлений. Гидравлический привод (давление 25,5 МПа) предназначен для нажимного устройства, гидравлический привод давлением 18,3 МПа - для системы уравновешивания
рабочих и опорных валков и гидравлического изгиба валков. Кроме того, гидравлические системы на 15, 14 и 6 МПа используют для привода цилиндров вспомогательных устройств соответственно на входе, выходе и между клетями.
Высокие требования к качеству продукции, наряду со значительными скоростями прокатки (до 30 м/с), обусловили необходимость комплексной автоматизации всех основных агрегатов, входящих в сложный технологический комплекс оборудования стана 2030.
АСУТП этого комплекса реализована на базе микроЭВМ и мини-ЭВМ, объединенных в общую трехуровневую систему (рис. 8.8.10).
8.8.7. Техническая характеристика главного привода линии стана 2030
Параметр	Номер клети				
	1	2	3	4	5
Мощность двигателя, МВт Частота вращения, мин*1:	2 х 4,1	2 х 4,1	2 х 4,1	2 х 4,1	2 х 4,1
вала двигателя	275/610	275/810	275/810	275/810	275/810
валков	131/392	171/512	221/663	263/788	330/964
Момент на валу двигателя, кН • м	147,60	247,60	147,60	147,60	147,60
Приводной момент на рабочих валках, кН * м	2 х 233	2 х 234	2 х 181	2 х 152	2 х 121
Передаточное отношение привода	1,5806 : 1	1,5806 : 1	1,2222 : 1	1,0256 : 1	1,1201 : 1
Скорость прокатки, м/мин	258 - 768	330 - 990	427 - 1281	579 - 1528	638 - 1900
Рис. 8.8.10. Система автоматизации стана 2030:
1 - микроЭВМ (программируемые контроллеры); 2 - мини-ЭВМ второго уровня; 3 и 5 - терминалы ввода информации; 4 - мини-ЭВМ третьего уровня; 6 - устройство печати; 7 - моталки; 8 - рабочие клети
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
541
Первый уровень системы содержит шесть микроЭВМ, обслуживающих отдельные механизмы и участки стана. Сигналы от датчиков, расположенных во всей линии стана, по специальным программам обрабатываются в микроЭВМ и программируемых контроллерах, а затем посредством последних передаются на следующий уровень мини-ЭВМ или непосредственно к управлению отдельными механизмами и устройствами.
Установленные на втором уровне мини-ЭВМ получают сигнал от датчиков положения металла в линии стана, а также сигналы от микроЭВМ и программируемых контроллеров.
Мини-ЭВМ третьего уровня осуществляет расчет начальной настройки стана, а затем по результатам измерений параметров процесса прокатки - адаптацию математических моделей по значениям силы и момента прокатки, а также опережения и при этом выдает сигналы на корректирование настройки стана. Мини-ЭВМ выдают также производственные протоколы хода процесса прокатки.
Система охлаждения валков рассчитана с учетом их высокой термической нагрузки при непрерывном режиме прокатки. Клети №№ 1 и 2, имеют 3-зонное охлаждение, клети №№ 3 и 4 - 5-зонное, а клеть № 5 - 9-зонное.
Сварочный агрегат соединяет рулоны в бесконечную полосу, поступающую после зачистки грата в накопитель со скоростью 780 м/мин. Накопитель полосы имеет вместимость, равную 800 м, и компенсирует время, необходимое для подготовки и сварки рулонов.
Перевалка рабочих валков одновременно во всех клетях длится около 10 мин, в одной клети - до 5 мин.
Гидронажимное устройство расчитано на силу прокатки 30 МН, скорость установки валков примерно 2,5 мм/с при силе прокатки 25 МН.
На стане обеспечено:
автоматическое регулирование толщины полосы;
измерение зазора между валками во всех клетях с помощью датчика положения;
измерение усилия прокатки по датчику давления;
измерение натяжения полосы тензометрическим роликом за всеми клетями;
измерение и регулирование планшетно-сти полосы с помощью стрессометрического ролика, установленного за клетью № 5;
слежение за положением полосы посредством тянущего ролика, установленного перед первой клетью;
измерение толщины полосы перед первой клетью и за всеми клетями;
автоматическое компенсирование износа валков посредством клиновых устройств для установки уровня прокатки.
Стан 1700. К станам бесконечной прокатки, спроектированным и изготовленным в России ПО "Уралмаш", относится 5-клетьевой стан 1700 Череповецкого металлургического комбината (Россия). Использованный на стане сокращенный цикл сварки позволяет выбрать оптимальную длину петлевого устройства, а также использовать низкие скорости перемещения тележки петлевого устройства и высокие скорости подачи полосы в рабочие валки клети № 1.
Оборудование стана. В рабочих клетях предусмотрены:
машины, обеспечивающие процесс перевалки без разрезания полосы, что сокращает время перевалки;
гидравлическое нажимное устройство (ГНУ), обеспечивающее работу клетей с переменными жесткостями в режимах позиционирования и постоянства давления;
механизмы установки валков на уровень прокатки с применением клиновых устройств, повышающих жесткость рабочей клети при минимальных габаритных размерах механизма;
оптимальная форма станин облегченного типа;
опорные валки с укороченной бочкой;
механизмы перевалки валков с автоматической сцепкой и убирающимися плитами площадок обслуживания;
шпиндельные соединения рабочих валков зубчатого типа.
Применение комбинированных редукторов приводов рабочих клетей со сварным корпусом и размещение шестеренных валков в одной плоскости позволяет сократить массу оборудования и его габаритные размеры.
Оборудование для подачи концов полосы на моталки №№ 1 и 2 позволяет вести заправку на скорости до 5 м/с с сохранением стабильности технологического процесса в пятой клети.
Барабаны моталок установлены на подшипниках качения, что позволяет снизить статический момент. Откидные опоры моталок выполнены закрытыми с вертикальным передвижением опорных рычагов, благодаря чему уменьшается ход снимателей рулонов и сокращается цикл подготовки моталки к приему полосы.
На стане применены электроприводы клетей и моталок с улучшенными массогаба-ритными показателями и микропроцессорными системами управления, что позволяет повысить качество регулирования электроприводов и точность готовой продукции.
Функции АСУТП реализуются на микроЭВМ. В качестве основного управляющего устройства для реализации функций логического управления электроприводами и целыми участками стана применены современные
542
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
программируемые контроллеры на базе микропроцессорной техники.
Далее приводятся техническая характеристика стана 1700 и параметры его главных приводов (табл. 8.8.8).
Техническая характеристика 5-клетъевого стана 1700 бесконечной прокатки
Заготовка
Размеры полосы, мм: толщина........................ 2,0	- 5,0
ширина...................... 900	- 1550
диаметры рулона: внутренний................. 600
наружный................ 1200	- 2200
Масса рулона, т................. До	30
Готовая продукция
Размеры полосы, мм: толщина при материале полосы: электротехническая сталь	0,5 - 0,15
углеродистая и конструкционная стали............ 0,4	- 2,0
ширина...................... 900	- 1550
Диаметры рулона, мм: внутренний.................. 600
наружный................... 1200	- 2000
Масса рулона, т................. До	30
Параметры стана
Диаметр валков, мм: рабочих........................ 600	- 570
опорных.................. 1500 - 1420
Длина бочки валков, мм: рабочих...................... 1700
опорных................... 1600
Максимальная сила прокатки, МН........................... 22,00
Наибольшее натяжение на моталке, МН.................... 0,12
Наибольшая скорость прокатки, м/с.......................... 30
Запас полосы в петлевом устройстве, м .................. 208/500
Время паузы в головной части стана при сварке полос, с....	96
Скорость перемещения штока цилиндров ГНУ, мм/с.............. 2,5
Подшипники рабочих валков.... 4-рядные
конические
Масса комплекта, т: рабочих подушек с валками	14,8
опорных подушек с валками на ПЖТ и траверсой........	78,7
Привод рабочих валков клетей Тип привода.................. Индивиду-
альный
Тип электродвигателя......... Двухякор-
ный постоянного тока
Число электродвигателей в каждом приводе........................ 2
Параметры двигателя: мощность, МВт.................. 2,0
частота вращения, мин-1 .... 200/400
напряжение тока, В........	750
8.8.8. Параметры главных приводов стана
Оборудование	Передаточное число редуктора	Мощность, кВт	Частота вращения, МИН"1	Напряжение, В
Разматыватель	2,58	2 х 630	400/1000	600
Клети:				
№ 1	1,00	2 х 2000	200/400	2 х 750
№ 2	0,78	2 х 2000	200/400	2 х 750
№ 3	0,63	2 х 2000	200/400	2 х 750
№ 4	0,52	2 х 2000	200/400	2 х 750
№ 5	0,42	2 х 2000	200/400	2 х 750
Моталка	-	3 х 1320	300/800	3 х 800
Примечание.В приводах всех устройств предусмотрено по два двигателя.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОНСТРУКЦИОННЫХ И АВТОМОБИЛЬНЫХ листов
543
Порядок работы стана 1700. С помощью крана рулоны поочередно подают на шаговые конвейеры разматывателей №№ 1 и 2. С рулона снимают обвязку и после центровки рулона приемный стол автоматически устанавливает его на барабан одного из разматывателей. Затем отгибается передний конец полосы и подается в правильно-тянущие ролики у первого разматывателя или в тянущие ролики у второго разматывателя. Подготовленный передний конец поступает в позицию ожидания перед обводным роликом.
После размотки предыдущего рулона с какой-либо позиции разматывателя подготовленный передний конец полосы предыдущего рулона центрируется и правится в правильнотянущей машине и подается к ножницам, где задний и передний дефектные концы полосы режутся на листы мерной длины, направляемые в короб для обрезков.
Обрезанный передний или задний конец полосы транспортируется к ножницам для выравнивания конца полосы по ширине. Операция обеспечивает подачу полосы к сварочной машине таким образом, что задний конец предыдущего рулона и передний конец последующею рулона имеют одинаковую ширину. После сварки и зачистки грата полосы разгоняются до рабочей скорости и передаются в петлевое устройство.
Непрерывность процесса обеспечивается тем, что в головной части стана устанавливаются тянущая станция, петлевое устройство с системой натяжных механизмов, центрирующие и поддерживающие ролики.
Перед первой клетью находится центрирующий ролик - устройство для закрепления полосы при перевалках опорных валков и гильотинные ножницы. Кроме того, перед этой клетью, в межклетьевых промежутках и после пятой клети устанавливают измерители толщины полосы. После пятой клети размещают измерители зонных натяжений полосы и датчики температуры рабочих валков. В каждой клети имеются также месдозы для регистрации силы прокатки.
По окончании намотки полосы на одну из моталок скорость валков стана снижается, увеличивается сила прижатия подающих роликов, обеспечивается необходимое натяжение полосы на разных участках и происходит разрезка полосы.
Передний конец полосы подающими роликами через магнитный транспортер и обводной ролик передается на моталку № 2, где с помощью ременного захлестывателя полоса подматывается на барабан моталки. После трех - пяти витков захлестыватель отводится в исходное положение и стан разгоняется до рабочей скорости.
При заправке полосы в моталку № 1 передний конец полосы отклоняющим роликом направляется к барабану моталки и дальнейшие операции повторяются, как на моталке № 2.
Прокатанные рулоны снимателями транспортируются от моталок к шаговому конвейеру, на котором рулоны перемещаются вначале в позицию для автоматической обвязки и далее - на взвешивание.
С шагового конвейера рулоны могут быть сняты мостовым краном или конвейером переданы на следующий конвейер, где рулоны перемещаются в вертикальном положении и снимаются мостовым краном на последующие операции.
Отжиг холоднокатаной полосы чаще всего осуществляют в колпаковых печах с интенсивной конвекцией при усиленной циркуляции атмосферы, высоких температуре и скорости нагрева, а также при хорошем выравнивании температуры в рулоне. Защитная атмосфера состоит из смеси водорода и азота.
Однако может быть усовершенствована и технология отжига в проходных печах. Так, фирмой "Ниппон Кокан" (Япония) печь прямого нагрева с радиционными трубами была заменена на печь прямого нагрева со специальными открытыми горелками, обеспечивающими равномерность воздействия на всю поверхность полосы. Другие технические изменения позволили повысить скорость прохождения через печь полосы толщиной 0,35 -2,3 мм до 370 м/мин и достигнуть производительности 960 тыс. т/год.
Агрегат для отжига стана 1400 КарМК (Казахстан) предназначен для непрерывного отжига холоднокатаной полосы с предварительной ее очисткой на встроенной в агрегат установке электролитического обезжиривания.
Полоса поступает на агрегат со стана холодной прокатки в рулонах и выдается также в рулонах на дрессировку или вторичную прокатку.
Оборудование головной части агрегата предназначено для приема рулонов и передачи их из одного пролета в другой к агрегату разматывания рулонов, обрезки некачественных концов полос и сварки их между собой, очистки поверхности полосы и создания запаса полосы, необходимого для непрерывной работы оборудования средней части агрегата при остановке оборудования головной части на время сварки концов полос.
Оборудование средней технологической части агрегата предназначено для светлого отжига полосы, оборудование хвостовой части агрегата - для приема отожженной полосы, обеспечения непрерывности работы средней части агрегата при остановке оборудования головной* части, удаления сварного шва, разрезки полосы и сматывания ее в рулоны.
544
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Техническая характеристика агрегата для непрерывного отжига стальной полосы
Размеры полосы, мм:
толщина.................... 0,1-	0,4
ширина..................... 700	- 1250
Диаметр рулона, мм: внутренний.................... 400
наружный................... 900	- 2200
Масса рулона, т................. До	30
8.8.2.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕСТИ
Шестиклетьевой стан 1400 бесконечной прокатки - стан нового поколения для прокатки жести, установлен на Карагандинском металлургическом комбинате (Казахстан). Проектант и изготовитель стана - ПО "Уралмаш”, Россия. На этом стане прокатывают жесть толщиной 0,18 - 0,36 мм и холоднокатаные полосы толщиной до 0,6 мм со скоростью до 33 м/с. Масса рулонов на выходе стана до 30 т.
Конструктивные особенности стана (увеличенный диаметр валков - до 600 рабочих и до 1400 мм опорных, возможность ретули-рования жесткости клетей в широком диапазоне - 1,0 - 5,0 МН, увеличенное до шести число рабочих клетей и бесконечный режим прокатки) обеспечивают получение полос с минимальными искажениями их формы. Стан оснащен системой автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ).
Основные требования к поперечной раз-нотолщинности заготовки толщиной 2,2 - 2,5 и шириной 850 - 1000 мм, обеспечивающие получение планшетных холоднокатаных полос толщиной 0,18 - 0,36 мм на стане 1400, приведены в табл. 8.8.9.
Далее приводятся технические характеристики стана и его главных двигателей (табл. 8.8.10).
Техническая характеристика стана 1400
Размеры исходной полосы, мм: толщина........................ 1,8	- 3,0
ширина...................... 700	- 1250
внутренний диаметр рулона 750 наружный диаметр рулона ....	1500/2200
Размеры готовой продукции, мм:
толщина..................... 0,1	- 0,6
ширина...................... 700	- 1250
внутренний диаметр рулона 400 наружный диаметр рулона ....	1100 - 2200
Масса рулона, т................. До	30
Материал прокатываемых полос	Сталь 08кп
и 10 кп (ГОСТ 1050-88)
Размеры рабочих валков, мм: диаметр......................... 600/570*
длина бочки.................... 1400
Размеры опорных валков, мм: диаметр.................... 1400/1320
длина бочки.................... 1400
Скорость прокатки, м/с: максимальная................... 40
заправочная...................... 2
Сила прокатки, МН: при прокатке................... 20
статическая..................... 26
Наибольшая масса съемного узла - опорного валка с подушками, т...................... 35
♦ В числителе - диаметр бочки валка до переточки; в знаменателе - после переточки.
8.8.9. Значения поперечной разнотолщинности заготовки (подката), мм
Показатель поперечной разнотолщинности	Толщина холоднокатаных полос, мм		
	0,18 - 0,20	0,22 - 0,25	0,28 - 0,36
Выпуклость	0,02 - 0,05	0,01 - 0,06	До 0,08
Местная поперечная разно-толщинность	0,01	0,02	0,02
Клиновидность	0,02	0,03	0,03
Утонение кромок	0,05	0,08	0,10
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕСТИ
545
8.8.10. Характеристика главных двигателей стана 1400
Место установки двигателя	Число машин	Тип двигателей	Мощность, МВт	Частота вращения вала двигателя, мин-1	Число двигателей на одну машину	Передаточное число редуктора
Разматыватель (диаметр барабана 750, длина 1250 мм) Рабочая клеть:	2	МП153-5К	0,32	300/1000	1	4,33
№ 1	1	2МП3000-285	2 х 1,0	190/500	2	1,57
№ 2	1	2МП3000-285	2 х 1,5	285/500	2	1,32
№ 3	1	2МП4000-400	2 х 2,0	400/800	2	1,26
№ 4	1	2МП4000-400	2 х 2,0	400/800	2	1,045
№ 5	1	2МП4000-400	2 х 2,0	400/800	2	0,785
№ 6	1	2МП4000-400	2 х 2,0	400/800	2	0,628
Моталка (диаметр барабана 400, длина 1250 мм)	1		3 х 0,75	450/1400	3	Без редуктора
Для обслуживания гидравлических механизмов стана предусмотрена насосно-аккумуляторная станция с тремя самостоятельными гидравлическими системами на рабочее давление, МПа: 6,3; 10/20 и 32.
Порядок работы стана. Травленые горячекатаные рулоны мостовым краном подают на приемный конвейер загрузочного устройства. При шаговом движении балки конвейера рулоны по одному поступают на поворотные ролики, где с них снимается обвязочная лента. Подготовленные к прокатке рулоны снимателем устанавливаются на барабан одного из разматывателей.
После закрепления рулона на разматыва-теле передний конец полосы отгибается и подается к тянущим роликам № 2, перед которыми передний конец полосы останавливается и находится здесь до того момента, пока с работающего разматывателя не будет смотана вся полоса. По окончании прокатки передний конец очередного рулона тянущими роликами № 2 подается к валкам рабочей клети № 1. После захвата полосы рабочими валками прижимной тянущий ролик поднимается в крайнее верхнее положение. По мере прохождения переднего конца полосы через все рабочие клети ее скорость на выходе из валков каждой клети поддерживается постоянной, равной 2 м/с.
По окончании заправки полосы на барабан моталки проводят корректировку межкле
тевых натяжений и обжатий по клетям, после чего стан разгоняется до рабочей скорости. Прокатанная полоса сматывается на моталку, и рулоны снимателем передаются на цепной конвейер № 1 разгрузочного устройства, где выполняется их обвязка. С цепного конвейера № 1 рулоны передаются на такой же конвейер № 2 для взвешивания рулонов и дальнейшей их передачи в пролет цеха, где проводят непрерывный отжиг.
Рулоны, обрабатываемые на агрегате электролитической очистки, мостовым краном или электрокарой снимаются с цепного конвейера № 2.
Смотку полос толщиной до 0,2 мм проводят на специальные гильзы, устанавливаемые на барабан моталки предназначенным для этого устройством.
Главный привод стана состоит из шпиндельного соединения, комбинированных редукторов (табл. 8.8.11), промежуточных соединений и электродвигателей.
Техническая характеристика главного привода стана 1400
Номинальный вращающий момент, передаваемый одним шпинделем, МН • м.......................... о,17
Максимальный угол перекоса шпинделей ........................... 2°	07’
Максимальный угол наклона шпинделя при передаче вращающего момента 0° 14’
18 3JK 108
546
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
8.8.11. Параметры комбинированных редукторов главного привода стана 1400
Параметр	Номер клети					
	1	2	3	4	5	6
Наибольший вращающий момент, передаваемый комбинированным редуктором, МН * м	0,322	0,270	0,246	0,204	0,153	0,122
Частота вращения выходного	121	116	318	382	510	636
вала, мин*1	318	378	636	765	1020	1270
Передаточное число	1,57	1,32	1,26	1,045	0,785	0,626
Шпиндельные соединения для всех клетей одинаковы и состоят из двух шпинделей с зубчатыми муфтами и шпиндельного стула для удержания шпинделей при перевалках в строго фиксированном положении.
Приборы технологического контроля. Стан оснащен следующими приборами технологического контроля: измерителями суммы и разности силы прокатки, толщины полосы, ее относительного обжатия, натяжения полосы и бесконтактным измерителем профиля полосы, а также датчиком контроля температуры валков по длине бочки.
Системы автоматического регулирования профиля и формы полосы (САРПФ) используют на непрерывном шести-клетьевом, дрессировочном и прокатнодрессировочном станах и предназначены для получения на станах полосы с минимальными отклонениями ее профиля и формы от заданных геометрических размеров в результате управления принудительным изгибом и проти-воизгибом рабочих валков.
Принудительный изгиб и противоизгиб рабочих валков осуществляется с помощью гидравлических цилиндров, вмонтированных в подушках опорных валков и воздействующих через подушки рабочих валков на обе шейки соответственно нижнего и верхнего рабочих валков.
Система САРПФ имеет автоматическое, дистанционное и ручное управление.
При автоматическом управлении сигнал, полученный от бесконтактных датчиков удельного натяжения, расположенных на выходе полосы из клети и подающих сигнал при наличии разности вытяжек по ширине полосы, поступает на усилитель небаланса, в котором сигнал сравнивается с заданным сигналом, поступающим от датчика давления, усиливается по мощности до необходимого значения и подается на электрогидравлический преобразователь (ПЭГ), преобразующий сигнал в соответствующее давление в гидроцилиндрах
изгиба или противоизгиба. В качестве технологической смазки применяют эмульсию и водомасляную смесь на базе пальмового масла.
Особенность стана - прокатка в валках большого диаметра при больших значениях отношения Д/Ао (Д/Ло ~ 1000 ~ 1500, гае R - радиус рабочих валков; ho - исходная толщина полосы). Суммарные обжатия достигают 0,90 - 0,93, частные обжатия в последних клетях - 0,3 - 0,5, что приводит к высоким контактным напряжениям и температурам деформации.
Проведенные на стане исследования показали, что высокий уровень температуры поверхности валков вызывает структурные изменения в их поверхностном закаленном слое. Для устранения этого явления максимальная температура на поверхности в очаге деформации не должна превышать температуру отпуска валков (160 - 180 °C). В противном случае возникают термические напряжения и напряжения, связанные со структурными изменениями в наружном слое валка, толщиною до 0,5 мм, приводящие, совместно с остаточными напряжениями, к микротрещинам и неравномерному износу валков. Такой износ вызывает необходимость снижения скорости прокатки, по сравнению с проектной, и тем самым, - снижению производительности стана?
В результате этих исследований были установлены предельно допустимые температуры полосы (275 - 280 °C) на выходе из стана. При этом частные обжатия в клетях №№ 5 и 6 для жести толщиной 0,18 - 0,22 мм должны составлять соответственно 0,26 - 0,33 и 0,35 -0,40, а исходная шероховатость жести в клети № 5 в пределах 7-8 мкм.
Пятиклетьевой стан 1420 бесконечной прокатки жести (рис. 8.8.11) в 1971 г. был пущен в эксплуатацию на заводе фирмы "Ниппон Кокан" (г. Фукуяма, Япония). На этом стане, изготовленном фирмой "Исиководзима харима дзю-коге", установлены 4-валковые рабочие клети с длиной бочки валков 1420 мм. Петлевое устройство горизонтального типа.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОС ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
547
Рис. 8.8.11. Стш бесконечной холодной прокатки 1420 фирмы "Ниппой Кокан" (Япония):
1 - разматыватели; 2 - правильные машины; 3 - ножницы; 4 - подающие ролики; 5 - сварочная машина;
6 - натяжное устройство; 7 - петлевая тележка; 8 - привод петлевой тележки; 9 - клети стана;
10 - рентгеновский толщиномер; 11 - натяжные ролики; 12 - моталки; 13 - рулонная тележка;
14 - участок взвешивания, обвязки и осмотра рулонов; 75 - уборочный конвейер
8.8.12. Технические характеристики главных приводов дрессировочного стана 600/1400 х 1400
Место установки привода	Мощность электродвигателя, кВт	Частота вращения вала двигателя, мин*1	Тип привода
Разматыватель	2 х 750	450/1400	Безредукторный
Рабочие клети №№ 1 и 2 Натяжные устройства перед и за станом	640/500	700/1000/1300	Индивидуальный
Моталка	3 х 750	450/1400	Безредукторный
Стан с проектной производительностью 1-1,2 млн. т/год предназначен для прокатки полос толщиной 0,15 - 1,60 и шириной 610 -1270 мм; масса рулона до 32 т, максимальная скорость прокатки до 30 м/с. Петлевое устройство тележечного типа обеспечивает накопление полосы длиной до 280 м. Величина петли регулируется ЭВМ.
Двухклетьевой прокатно-дрессировочный стан 600/1400 х 1400 предназначен для дрессировки полос жести с суммарным обжатием 1 - 5 % и вторичной прокатки жести с обжатием до 50 %.
Техническая характеристика прокатнодрессировочного стана 600/1400 х 1400
Толщины, мм: дрессируемых полос...........	0,10	- 0,60
исходной заготовки при прокатке.................... 0,14	- 0,30
полосы после прокатки.....	0,08	- 0,16
Ширина полосы, мм............... 700	- 1250
Диаметры рулонов, мм: внутренний..................... 400
наружный.................... 1100	- 2200
Масса рулонов, т................. До	30
Диаметры, мм: рабочих валков.............. 600
опорных валков............. 1400
роликов натяжного устройства	600
Длина бочки валков, мм.....	1400
Максимальные скорости во второй клети, м/с: при прокатке.................... 25
при дрессировке.............. 40
заправочная................. 0,75
Максимальная сила прокатки, МН До 20
Технические характеристики приводов стана даны в табл. 8.8.12.
8.8.3.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОС ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
К современным станам холодной прокатки полос из конструкционных алюминиевых сплавов относят непрерывный стан 1800 и нереверсивный стан 2300, изготовленные фирмой "Шлеманн-Зимаг" (Германия) и установленные на Самарском металлургическом заводе (Россия). Все операции, включая перевалку валков, на этих станах автоматизированы, что обеспечивает минимальный расход времени. Гидравлические нажимные устройст
18*
548
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
ва в сочетании с системами автоматического регулирования толщины (СAPT) полосы гарантируют минимальные допуски по ее толщине. Опорные валки вращаются в подшипниках жидкостного трения типа "Моргойл".
Непрерывный стан 1800 имеет производительность 200 тыс. т/год и является наиболее производительным в своей отрасли не только в России, но и в Европе.
Техническая характеристика непрерывного стана 1800
Размеры валков, мм: рабочих...................... 550/500
опорных................... 1525/1400
Длина бочки валков, мм: рабочих....................... 1860
опорных......................... 1800
Скорость прокатки, м/мин.....	1260
Максимальная масса рулона, т ...	15
Размеры полосы, мм: ширина.......................... 800	- 1650
толщина: исходная.................. 1-6
конечная................. 0,15	- 1,50
Суммарная мощность приводов, кВт.............................. 20	680
Последовательность технологических операций на стане 1800 - подача рулонов паллетным конвейером на тележку перед разматывателем, центрирование рулона на тележке и автоматическая регистрация переднего конца полосы до его заправки и обрезка обвязывающей ленты;
обрезка переднего конца на участке подготовки рулона; пустые паллеты возвращаются в исходное положение ниже уровня пола.
Оборудование стана. Прижимное и направляющее устройство обеспечивает надежную заправку и направление полосы по мере ее прохождения через стан. Клиновое устройство, расположенное в нижней части клети, обеспечивает постоянный уровень линии прокатки. Во всех клетях стана обеспечивается предварительное натяжение. Распределение натяжений, определяющее степень планшетности полос, измеряется роликовым стрессометром и может считываться непосредственно на пульте управления выходной стороны стана.
Ременный захлестыватель создает надежный захват переднего конца полосы на моталке. Прокатанная полоса толщиной менее 0,7 мм наматывается на шпулю, надеваемую на барабан моталки посредством подающего устройства, установленного рядом с ременным захлестывателем. Готовые рулоны подбираются тележкой, обвязываются автоматически и паллетами отгружаются на весы. Управление станом осуществляется с пульта, расположенного против выходной стороны стана. С этим пультом связан регулирующий центр, где установлены компьютеры, обеспечивающие автоматическое управление станом по заданной программе.
Гидравлические нажимные устройства работают под давлением 25 МПа.
В табл. 8.8.13 даны основные параметры приводов по клетям стана 1800, на рис. 8.8.12 приведена схема этого стана, на рис. 8.8.13 -скорости по его клетям.
8.8.13. Параметры приводов по клетям стана 1800
Параметр	Номер клети				
	1	2	3	4	5
Мощность привода, МВт	2 х 1,5		2 х	1,83	
Частота	вращения вала двигателя, мин'1			275 - 729		
Передаточное число	3,75	2,2571	1,6511	1	1
Частота	вращения валков, мин*1	73 - 194	122 - 323	167 - 442	275 - 665	275 - 729
Скорость прокатки, м/мин	126 - 336	212 - 560	288 - 762	475 - 1150	475 - 1260
Момент прокатки, кН • м	396 - 147	287 - 108	210 - 79	127 - 53	127 - 48
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛОС ИЗ АЛЮМИНИЯ И ЕГО СПЛАВОВ
549
Рис. 8.8.12. Стан 1800, установленный на Самарском металлургическом заводе:
1 - тележка для рулонов с паллетой; 2 - разматываетль; 3 - датчик переднего конца; 4 - роликовый прижим, 5 - нож для зачистки рулона; 6 - детекторный и тянущий ролики; 7 - ножницы для обрезки кромок;
8 - роликовая пресспроводка; 9 - рабочая клеть; 10 - клиновое устройство; 11 - измеритель натяжения, 12 - ГНУ, 13 - месдоза; 14 - измеритель толщины; 15 - пресспроводка; 16 - проводка; 17 - проводковый стол; 18 - линейный двигатель; 19 - ножницы роликового типа; 20 - отклоняющий ролик с проводковым столом;
21 - тянущий ролик; 22 - моталка; 23 - ременной захлестыватель
12	3	4	5
Nяклшпи
Рис. 8.8.13. Скорости прокатки на стане 1800:
1 и 2 - скорости соответственно минимальная и максимальная
550
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Нереверсивный стан 2300.
Техническая характеристика стана 2300
Диаметры валков, мм: рабочих....................... 560/520
опорных................. 1550/1440
Длина бочки, мм................ 2300
Твердость по Шору поверхности бочки опорных валков.......... 55	- 65
Мощность главного привода, кВт 4 х 2100 Частота вращения вала двигателя, мин*1 .................. 0-331	- 868
Исходная полоса, мм: толщина (максимальная).....	8,0
ширина.................... 800	- 2100
Толщина готовой полосы при ее ширине (размеры, мм): до 1560 ................... 0,3
св. 1560 ............... 0,4
Диаметры рулона, мм: наружный.................... 1300	- 2400
внутренний.............. 750 - 500
Масса рулона, т: максимальная............... 15,0
минимальная............. 3,0
Оборудование стана. На
выходе стана установлен ролик конструкции фирмы ASEA (Швеция) для измерения план-шетности, регулирующий распределение напряжений по ширине полосы. Гидравлическое нажимное устройство рассчитано на максимальную силу прокатки 25 МН и скорость перемещения 3 мм/с. Клиновое устройство компенсирует разницу в диаметрах рабочих валков, обеспечивая уровень раствора валков постоянным. При прокатке сварных швов скорость снижается примерно до 2,5 м/с.
Опорами валков служат 4-рядные роликовые подшипники (рабочих валков - конические, опорных - цилиндрические).
Привод двигателей рабочих валков осуществляется через зубчатые муфты с промежуточными валами, комбинированный редуктор и зубчатые шпиндели.
В приводе моталки на выходной стороне имеется редуктор и зубчатое соединение. Одна из опор моталки откидная, состоящая из двух опорных рычагов с поддерживающими роликами.
Для охлаждения валков и полосы и смазывания узлов имеется установка производительностью 10 тыс. л/мин. Производительность центральной маслосмазочной установки 720 л/мин.
Последовательность операций. Рулон с помощью рулоноподъемной тележки надевается на барабан разматывателя,
после разжатия барабана опускается верхний прижимной ролик и выполняется отгибка переднего конца полосы и заправка его в подающие ролики, которыми по установленным на соответствующую ширину полосы роликовым боковым проводкам передний конец подается в пятироликовый проводковый стол. Это стол подает полосу в валки клети.
Как только рулон надежно устанавливается на разматыватель благодаря разжатию барабана, тележка удаляет пустой поддон на транспортное устройство для перевозки пустых поддонов. Затем стан разгоняют до скорости прокатки.
8.8.4.	МНОГОВАЛКОВЫЕ СТАНЫ
Общие сведения. В подавляющем большинстве промышленных изделий, особенно при существенном значении миниатюризации, многие ответственные детали и узлы изготовляют из тонких полос и тончайших лент, обладающих теми или иными специальными свойствами, высокой точностью по толщине и качеством отделки. Получение таких полос и лент прокаткой на обычных - 2-и 4-валковых -станах затруднительно, а во многих случаях практически невозможно. Поэтому широкое распространение получили многовалковые прокатные станы, преимущественно 12- и 20-валковые. Схемы расположения валков и распределения сил, действующих на валки таких станов, приведены на рис. 8.8.14.
Многовалковые прокатные станы, в отличие от обычных, обладают целым рядом особенностей и преимуществ, основные из которых следующие:
обеспечение высокой жесткости рабочих валков малого диаметра по их длине в вертикальной и горизонтальной плоскостях;
простая и быстрая замена рабочих валков (1-2 мин) в процессе эксплуатации стана;
наличие механизмов эффективного регулирования профиля валков, что в процессе прокатки дает возможность получать полосы и ленты высокой плоскостности;
обеспечение узких допусков толщины проката по ширине и длине;
высокое качество отделки поверхности и формы прокатываемых полос и лент;
небольшой диаметр и простота конструкции рабочих валков делает экономичным применение их из твердого сплава (карбида вольфрама и др.);
малый диаметр рабочих валков обуславливает меньшее их сплющивание, что позволяет прокатывать металл высокой прочности с малым числом пропусков, без промежуточных отжигов и получать очень тонкие листы; высокие давления, допускаемые валками малого диаметра в сочетании с повышенными удельными натяжениями полос и лент (до 0,6
МНОГОВАЛКОВЫЕ СТАНЫ
551
Рве. 8.8.14. Схемы расположения валков и распределение сил, действующих на валки: а - 12-валкового стана (назначение валков: 1 и 2 - рабочие; 3-6- промежуточные приводные;
7-12- опорные, набранные из специальных подшипников);
б - 20-валкового стана (назначение валков: 1 и 2 - рабочие; 3 - 6 - первые промежуточные; 7, 8, 77 и 12 - промежуточные приводные; 13-20- опорные)
предела текучести), позволяют осуществлять частные обжатия до 60 %, суммарные до 99 %; для некоторых типоразмеров станов отношение исходной толщины к конечной достигает 50 : 1 и более;
опорный валок состоит из набора специальных толстостенных подшипников, установленных на оси с промежуточными опорами, и представляет собой многоопорную балку, что в сочетании с формой станины обеспечивает высокую жесткость рабочей клети вдоль оси валков;
практически нет ограничений по ширине прокатываемых полос;
себестоимость полос и лент, прокатанных на многовалковом стане, составляет 40 -80 % себестоимости таких же полос и лент, прокатанных на обычном прокатном стане;
значительно меньший расход энергии при прокатке высокопрочных материалов;
благодаря увеличению суммарных обжатий сокращается число промежуточных отжигов за передел;
компактность конструкции станов делает невысокими затраты на строительство станов и цехов, так как требуют меньших площадей, облегченных фундаментов, меньшей грузоподъемности подъемных кранов и т.п.;
возможность использования шлифовальных станков меньших размеров из-за маленького диаметра валков;
более экономичный ремонт и др.
Постоянное совершенствование конструкции и технических возможностей многовалковых станов сделали экономически выгодным использование их при производстве полос толщиной десятые доли миллиметра и менее при ширине до 2000 мм.
Многовалковые станы успешно применяют при производстве полос из всех твердых металлов, включая суперсплавы, из углеродистых и коррозионно-стойких сталей, сплавов на медно-никелевой основе, а также для прокатки титана, алюминия и алюминиевых сплавов, большинства кремнистых сталей с ориентированными зернами, различных биметаллов и тугоплавких и благородных металлов и сплавов.
Для реализации преимуществ многовалковых станов необходимо выполнение следующих условий:
высокая точность изготовления элементов прокатных клетей, включая станины, валки, опоры и подшипники, а также монтаж оборудования станов (например, допуск взаимной параллельности опорных валков, установленных в станине рабочей клети, в горизонтальной и вертикальной плоскостях не должен превышать 0,005 - 0,010 мм на длине 1000 мм);
оснащение намоточными устройствами с барабанами высокой жесткости и приводами, обеспечивающими регулирование натяжения полос и лент в более широком диапазоне зна
552
Глава 8.8. ЛИСТОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
чений, а также поддержание постоянства натяжения с более высокой точностью -±(3 - 5) % - в процессе прокатки;
оснащение системами технологического смазывания и охлаждения валков, обеспечивающими очистку от частиц размером 0,001 -0,005 мм и менее и максимальный отвод теплоты от валков и проката;
повышенная чистота помещений, в которых станы эксплуатируются, нагнетательные вентиляционные системы должны обеспечивать фильтрацию воздуха от частиц размером до 0,001 мм и менее и поддерживать стабильность температуры окружающей среды в пределах (20 ±2) °C; вибрация фундамента оборудования, вызванная работой вблизи стоящих машин, не допускается;
точность, быстродействие и стабильность работы средств и систем автоматизации, в том числе управления электроприводами, в процессе прокатки должно соответствовать повышенным и высоким требованиям к качеству прокатываемых полос и лент;
более высокая квалификация обслуживающего персонала;
другие условия.
Параметры рабочего валка. При выборе конструкции стана и определении основных его параметров прежде всего определяют диаметр рабочего валка для обеспечения прокатки минимальной толщины полос и лент с заданными прочностными свойствами.
Наиболее точное значение диаметра валка можно получить из выражения:
/) =-----(8.8.1)
3^58^(1,15^0-ст0)
где D - диаметр рабочего валка, мм; Е - модуль упругости материала валков, Н/мм2; Амин ~ минимальная толщина прокатываемой полосы, мм; р. - коэффициент трения при прокатке; So - предел текучести материала до пропуска, Н/мм2; сто ~ натяжение полосы, Н/мм2.
В соответствии с этим выражением диаметр валка зависит от прочности материала полос и лент перед пропуском, их удельного натяжения, модуля упругости материала валков и коэффициента трения между прокатываемым металлом и валком. А так как коэффициент трения зависит от скорости прокатки, то в этом выражении косвенно учитывают и скорость прокатки.
Допустимые углы а захвата металла валками и обжатие ДЛ/Р при прокатке на многовалковых станах с при
менением смазок, а также удельных натяжений, которые превышают 0,3 предела текучести прокатываемого материала, равны:
а = (5 - 10)°; ДЛ/Р = 1/70.
После определения диаметра рабочего валка в зависимости от требуемой ширины В полос и лент устанавливают длину бочки валков в пределах (1,12 -1,25)1?. При этом большее значение принимают при ширине лент до 800 мм.
Параметры стана. Давление металла на валки при прокатке на многовалковых станах определяют (с учетом натяжения полос и сплющивания валков) по формулам А. И. Целикова [6] или М. Д. Стоуна [3].
Расчет момента и мощности двигателя, необходимых для вращения приводных валков, выполняют с учетом потерь на трение при перекатывании валков друг по другу (А. М. Когос) [2].
Скорость прокатки выбирают в зависимости от длины полос и лент в рулоне по формуле
где v - скорость прокатки, м/с; q - масса рулона, кг; b и h - соответственно ширина и толщина полосы или ленты после пропуска, мм.
Максимально допустимую скорость прокатки проверяют, исходя из условий охлаждения валков малого диаметра.
Учитывая современное состояние техники охлаждения валков, на практике используют отношение, предложенное фирмой "Зунд-виг" (Германия):
-л
VMaKC = (3000 - 3200) — ,	(8.8.3)
60
где vMaKC - максимальная скорость прокатки, м/с; D - диаметр рабочего валка, м.
Состав оборудования многовалковых прокатных станов и оснащенность их средствами контроля и автоматизации, как и для обычных станов, определяют в зависимости от параметров и требований к качеству прокатываемых полос и лент, а также исходя из конкретных производственно-технологических условий, в которых предусматривается их эксплуатация.
На • рис. 8.8.15 показан реверсивный 20-валковый стан 400 конструкции АХК ВНИИМЕТМАШ с наиболее полным набором необходимого оборудования. Стан оснащен
МНОГОВАЛКОВЫЕ СТАНЫ
553
также системами циркуляционного технологического смазывания и смазывания механизмов, системами управления электроприводами, пневмо- и гидроприводами, системами автоматизации технологических операций -регулирования толщины (САРТ), натяжения (САРН), точного останова стана (САТО) и др.
На рис. 8.8.16 дана конструкция моталки с жестким разжимным барабаном, состоящим из отдельных сегментов 3. Барабан смонтирован на пирамидальном валу 7, который в осевом направлении перемещается гидравлическим цилиндром 2. В результате такого пере
мещения сегменты барабана сжимаются и разжимаются. Привод пирамидального вала осуществляется через зубчатый редуктор 4.
Для прокатки лент толщиной до 0,001 мм из труднодеформируемых металлов и сплавов создан стан с рабочей клетью оригинальной конструкции (рис. 8.8.17), обеспечивающей применение рабочих валков диаметром 2 - 3 и длиной бочки 60 мм.
Для прокатки полос особовысокой точности по толщине используют многовалковый стан. Такие полосы применяют в производстве масок кинескопов.
Рис. 8.8.15. Двадцати валковый стан 400 конструкции ВНИИМЕТМАШ:
1 - загрузочное устройство с накопителем рулонов исходной полосы; 2 - разматыватель рулонов;
3 - устройство для установки рулонов по оси прокатки; 4 - отгибатель конца рулона;
5 - устройство для центрирования рулона по оси барабана; 6 - подающий ролик;
7 - машина для правки переднего и заднего концов полосы; 8-10- ножницы соответственно гильотинные и дисковые для обрезки кромок полосы и кромкокрошительные;
77 и 17 - моталки соответственно правая и левая;
12 и 18 - загрузочно-разгрузочные устройства для рулонов и транспортировочных колец;
13 - гидроприжим для конца полосы; 14 - рабочая клеть;
15 и 16 - измерители соответственно толщины полосы и натяжения полосы;
19 - короб для обрезанных кромок
Рис. 8.8.16. Моталка с консольным барабаном
554 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
Рис. 8.8.17. рабочая клеть стана для прокатки лент толщиной до 0,001 мм:
1 - валки рабочие; 2 - валки опорные первого ряда; 3 - валки приводные;
4 - валок профилированный верхний; 5 - валок профилированный нижний;
6 - валки опорные второго ряда; 7 - подшипники валков опорных третьего ряда;
8 - оси опорных валков третьего ряда (набранных из специальных подшипников);
9 - проводки верхние; 10 - проводки нижние; 11 - нажимной механизм
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Железнов Ю. Д., Коцарь С. Л., Абиев А. Г. Развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972. 308 с.
2.	Когос А. М. Механическое оборудование волочильных и лентопрокатных цехов. М.: Металлургиздат, 1964. 291 с.
3.	Крейдлин Н. Н. Расчет обжатий при прокатке. М.: Металлургиздат, 1963. 408 с.
4.	Настройка, стабилизация и контроль процесса тонколистовой прокатки / Г. Г. Григорьян, Ю. Д. Железнов, В. А. Черный, А. Г. Журавский. М.: Металлургия, 1975. 161 с.
5.	Третьяков А. В., Третьяков Е. М., Мигачева Г. Н. Дрессировка и качество тонкого листа. М.: Металлургия, 1977. 231 с.
6.	Целиков А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. 494 с.
7.	Целиков А. И., Зюзин В. И. Развитие прокатных станов. М.: Металлургия, 1972. 398 с.
8.	Челюскин А. Б. Автоматизация процессов прокатного производства. М.: Металлургия, 1971. 294 с.
Глава 8.9
АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ НА ПРОКАТ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ
8.9.1.	КЛАССИФИКАЦИЯ АГРЕГАТОВ
Классификационные признаки. Классификация агрегатов осуществляется по следующим основным признакам:
по функциональному назначению агрегата - удаление прокатной и термической окалины (травление), удаление прокатной смазки после холодной прокатки (обезжиривание), нанесение защитных, защитно-декоративных или специальных покрытий и др.;
по характеру выполнения ими работы -непрерывные, полунепрерывные и периодические.
Непрерывные агрегаты требуют поддержания скорости движения полосы в средней технологической части в узких пределах. При аварийных остановках необходимо прекращение воздействия технологического фактора, для чего полоса извлекается из ванны, прекращается подача раствора в струйных устройствах и пр. В ряде случаев допустимо плавное или ступенчатое изменение скорости движения
ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ
555
полосы и пропорциональное изменение основного технологического параметра (при нанесении металлических покрытий методом электроосаждения) без потери качества обработки. Агрегаты этого типа снабжают на входном и выходном участках быстродействующими устройствами для соединения концов рулонов и их разрезки, а также накопителями такой вместимости, которая обеспечивает непрерывную работу технологической части при смене рулонов.
Полунепрерывные агрегаты позволяют останавливать полосу в средней технологической части на время соединения концов полос при смене рулонов без ущерба для качества обработки. К этому типу относятся все линии обезжиривания проката, в которых используют водные щелочные растворы или органические растворители, и некоторые агрегаты для электролитического травления полос из легированных сталей. В полунепрерывных агрегатах не устанавливают входные и выходные накопители полосы.
Периодические агрегаты используют для порулонной обработки проката достаточной толщины и жесткости, проталкивая передний конец рулона через прямолинейную технологическую часть, снабженную специальными направляющими. Этот тип агрегатов применяют для процесса с небольшим числом операций и небольших рулонов. Обычно это агрегаты химического травления легированных сталей.
Агрегаты для нанесения металлических покрытий классифицируют по способу нанесения покрытий. Различают следующие способы: погружение в расплав металла (для цинка, сплавов цинка с алюминием, свинца, олова); элекгроосаждение (для олова, цинка, сплавов цинка с никелем, железом, кобальтом и др.); вакуумную конденсацию, электрофоретическое нанесение мелкодисперсных частиц металла из суспензий в органических растворителях и др.
Агрегаты для нанесения полимерных покрытий также классифицируют в зависимости от свойств и агрегатного состояния наносимого полимера и способа его нанесения - используют жидкие лакокрасочные материалы, содержащие и не содержащие летучие органические растворители, сухие порошковые краски, готовые полимерные пленки, а также жидкие мономеры, отверждаемые пучком электронов непосредственно на покрываемой поверхности. Нанесение осуществляют с помощью валковых машин, распылением сжатым воздухом и в электрическом поле, электрофорезом из водных и органических суспензий.
Линии для химической обработки проката и нанесения покрытий могут существенно различаться по степени сложности - от относительно простых линий обезжиривания по
лос, которые не нуждаются в накопителях полосы и могут иметь остановки любой длительности в технологической части без ущерба для обрабатываемого материала, до сложных комбинированных линий для выполнения в определенной последовательности разнородных операций: очистки поверхности, термообработки, нанесения покрытия (часто многослойного) и т.д.
Нередко в такие агрегаты встраивают средства для пластической деформации стальной основы до нанесения покрытия или вместе с покрытием. Так, в линиях электролитического цинкования или нанесения цинковых сплавов, снабженных электролизными ваннами с малым межэлектродными зазором, покрываемая полоса должна иметь высокую плоскостность, которая обеспечивается встроенной правильно-растяжной машиной. Устройства для правки полосы обязательны после различного рода термообработок, а также после нанесения покрытий методом погружения в расплав металла, вызывающих деформирование полосы. Горячеоцинкованную сталь, предназначенную для последующего нанесения полимерных покрытий, подвергают дрессировке во встроенных одно- или двухклетьевых станах с целью выравнивания поверхности покрытия.
По мере увеличения числа узлов и отдельных агрегатов, включаемых в комбинированную линию, возрастают требования к их надежности, так как надежность линии в целом является функцией произведения коэффициентов надежности отдельных агрегатов. Системы транспорта полосы в сложных линиях могут содержать, кроме входных и выходных участков, участки с различным натяжением полосы, с регулируемым по определенным законам изменением скорости и комплексами регулируемых технологических параметров. Управление такими линиями осуществляют с помощью автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), с использованием ЭВМ и децентрализованных систем управления на базе микро-ЭВМ и мини-ЭВМ.
8.9.2.	ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ
Покрытия, наносимые в непрерывных линиях на полосовой прокат, имеют или узко специальное назначение или предназначены для защиты стали от воздействия климатических факторов (этот тип покрытий имеет несопоставимо большие масштабы применения и значимость для решения проблемы защиты стального проката от коррозии).
Специальные покрытия - это оловянное и хромовое покрытия, используемые для защиты консервной тары в пищевой промышленности, а также свинцовое покрытие, наносимое преимущественно методом погружения в расплав
556 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
металла, которое традиционно применяют для защиты топливных баков и других деталей автомобиля или трактора, соприкасающихся с нефтепродуктами.
Защитные свойства оловянного покрытия от воздействия агрессивных пищевых продуктов, не содержащих растворенного кислорода, объясняются природной инертностью олова.
В некоторых не сильно агрессивных пищевых средах оловянное покрытие может быть заменено весьма тонким - 0,02 - 0,03 мкм -слоем электроосажденного хрома, который хотя и не обеспечивает электрохимическую защиту стальной основы, но, благодаря высокой инертности пассивного хрома и прочной адгезии лакового покрытия к хрому, создает комплекс защитных свойств.
На металлические слои олова или хрома наносят тонкие аморфные пленки хроматов, состоящие в основном из соединений трехвалентного хрома, которые блокируют коррозионные реакции в порах покрытия и благоприятно сказываются на адгезии наносимых впоследствии лаковых покрытий, а в случае оловянного покрытия, отодвигают во времени развитие коррозионных процессов на самом покрытии.
Металлические покрытия. Цинковые покрытия наносят горячим способом. Эффективность этих покрытий на стали объясняется двумя обстоятельствами: во-первых, цинк, являясь активным металлом, в обычных атмосферных условиях покрывается самовозобновляющейся оксидной пленкой, тормозящей коррозионный процесс; в среднем, скорость коррозии чистого цинка на один порядок меньше, чем у незащищенной стали; во-вторых, цинковое покрытие на стали обладает протекторным действием по отношению к ней, т.е. в местах несплошностей в покрытии разрушение локализуется на самом покрытии, а коррозия основного металла благодаря электрохимическому воздействию оказывается сильно заторможенной или подавленной полностью.
Средний срок службы горяченанесенного цинкового покрытия средней массой 180 г/м2 (300 мкм) в сельской местности составляет 11 лет, в приморских районах с повышенной влажностью воздуха и наличием аэрозолей солей - 8 лет, а в промышленных районах - в пределах 4 лет, что объясняется чувствительностью цинка к воздействию сернистой кислоты, содержащейся в загрязненном воздухе.
Способ получения цинковых покрытий не оказывает прямого влияния на коррозионное поведение и защитные свойства покрытия, за исключением тех случаев, когда проявляются свойства железо-цинковых интерметалли-дов, образующихся на границе сталь - цинк при горячем цинковании.
При эксплуатации в горячей воде поверхностные повреждения гор ячеоцин ко ванной стали меньше, чем электрооцинкованной.
Покрытия из сплавов цинка с рядом металлов обладают существенно большими защитными свойствами, чем покрытия из чистого цинка. Прежде всего это относится к сплавам цинка-люм и гальфан, содержащим соответственно 54 - 55 и 5 - 6 % алюминия, а также около 1,5 % кремния, вводимого в расплавы для подавления взаимодействия алюминия со сталью. Эти покрытия, особенно покрытия цин-калюмом, обладают очень высокой стойкостью в промышленной и морской атмосферах.
Однако, чисто алюминиевые покрытия, получаемые погружением в расплав, протекторных свойств не имеют и для защиты от атмосферной коррозии их применяют меньше, чем сплавы с цинком и др.
Электроосажденные покрытия из цинка и его спЛавов ввиду малой толщины применяют редко, но в сочетании с полимерным покрытием они дают превосходный защитный эффект: упомянутые сплавы цинка сохраняют протекторные свойства по отношению к стали и сохраняют адгезию полимерного покрытия к основе.
При отсутствии подслоя из цинка или его сплавов подпленочная коррозия при повреждениях развивается интенсивнее, приводя к отслаиванию полимерного покрытия.
Полимерные покрытия. Защитные свойства полимерных покрытий определяются несколькими факторами: проницаемостью для коррозионной среды, способностью ингибировать развитие коррозионных процессов под слоем покрытия, способностью сохранять низкую проницаемость во времени под воздействием солнечной радиации, кислорода и влаги воздуха, способностью сохранять адгезию к основе. Самые современные системы лакокрасочных покрытий проницаемы для воды и кислорода, и задача состоит в том, чтобы снизить до минимума эту проницаемость. Диффузия через слой покрытия затормаживается подбором полимерного связующего и введением в него пигментов - тонкодисперсных частиц минерального происхождения, увеличивающих путь диффузии и снижающих скорость электрохимических реакций на поверхности металла. К таким пигментам относятся хромат свинца, хромат и молибденат цинка и ряд других соединений, выделяющих ионы, способные приводить сталь в пассивное состояние. Применяют также введение дисперсной цинковой пыли, которая действует протекторно, подобно монолитному цинковому покрытию. В грунтовые покрытия, прилегающие к металлу, вводят ингибирующие пигменты. Для по
ЛИНИИ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ
557
кровных слоев применяют большое разнообразие полимерных связующих на основе синтетических смол (фенол-формальдегидных, эпоксидных, винилхлоридных, акриловых, полиэфирных и др.), каждое из которых обладает специфическим набором свойств, учитываемых при выборе материала. При правильном выборе металлического подслоя и системы полимерных покрытий можно достичь срока службы защищенного металла 25 лет без ремонта в атмосферах средней и даже высокой агрессивности.
8.9.3.	ЛИНИИ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ
Назначение линии - удаление смазки с поверхности проката, получаемого холодной прокаткой с применением жировых эмульсий различного состава или минеральных масел перед последующей термообработкой. Тщательное обезжиривание необходимо в том случае, если на прокат затем наносят покрытие, так как твердые продукты термического разложения неудаленных органических веществ после термической обработки и дисперсные частицы металлической природы, оставшиеся на поверхности, снижают качество покрытий.
Удаление прокатной смазки выполняют, в основном, по двум технологиям - с применением органических растворителей или щелочных водных растворов (хлорированных углеводородов). По полноте обезжиривания обе технологии дают близкие результаты.
Органические растворители используют, главным образом, в установках небольшой производительности для очистки лент из специальных сплавов и цветных металлов.
Для обезжиривания массовых видов тонколистового проката и жести применяют водные щелочные растворы.
Растворы для обезжиривания готовят из щелочных солей - карбонатов, орто- и полифосфатов, а также силикатов натрия или калия, иногда в сочетании с гидроксидами натрия или калия; общая концентрация солей и гидроксидов обычно не превышает 100 г/л.
Общепринятая последовательность операций в скоростной непрерывной линии следующая: обработка поверхности струями горячего раствора, чтобы размягчить жировую пленку, или "замочка"; обработка вращающимися щетками, под которые также подается обезжиривающий раствор; электролитическое обезжиривание в таком же растворе. На всех стадиях процесс протекает тем интенсивнее, чем выше температура раствора. Поэтому верхний предел ее ограничивают или по интенсивности
парообразования, или по иным соображениям, связанным со стойкостью материалов.
Длительность "замочки" 0,2 - 0,5 с. Длительность электролитической операции зависит от плотности поляризующего тока и при 10-15 А/дм2 составляет 1 - 15 с.
В этой последовательности операций основную часть загрязнений удаляют на первых двух стадиях, в связи с чем для каждой из этих операций предусмотрена самостоятельная циркуляционная система с отдельным объемом раствора, что позволяет независимо заменять отработанные, насыщенные загрязнениями растворы. По накоплении 10-20 г/л жировых веществ раствор утрачивает эмульгирующую способность и подвергается регенерации ультрафильтрацией или иными методами разделения эмульсий.
Скорость движения полосы в линиях обезжиривания достигает 10 м/с. Благодаря тому, что обезжиривающие растворы не агрессивны к стали и полосу можно оставлять в контакте с ними на любое время, линии обезжиривания не снабжаются входными и выходными накопителями полосы.
Электролитическое обезжиривание. Известно и другое технологическое решение, по которому вся нагрузка по удалению загрязнений перенесена на электролитическую операцию путем ее интенсификации. Плотность тока на этой операции достигает 100 -200 А/дм2. Отпадает необходимость в механическом воздействии вращающихся щеток, но возрастает удельный расход электроэнергии на электролиз. Эта технология менее распространена, чем традиционная.
Промывка полосы после обезжиривания выполняется горячей водой обычно в две - три ступени с противотоком и с применением щеточно-моечных устройств для полноты отмывки, после чего полоса просушивается струями горячего воздуха.
Конструктивное исполнение линий обезжиривания разнообразно. Преобладает горизонтальная компоновка, хотя достаточно часто в целях экономии места применяют ванны замочки, электролитического обезжиривания и струйной промывки с вертикальными петлями полосы. Электролитическое обезжиривание осуществляют или биполярно, пропуская полосу между парами электродов, попеременно меняющих знак поляризации, или монополярно с помощью токоведущих роликов. В последнем случае используют катодную поляризацию как более эффективную из-за большего в 2 раза объема выделяющегося электродного газа, чем при анодной поляризации.
558	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
8.9.4.	ЛИНИИ ТРАВЛЕНИЯ
Общие сведения. На линиях травления удаляют с поверхности проката оксиды, образовавшиеся при горячей прокатке или термической обработке в воздушной среде (прокатная или термическая окалины), и в некоторых случаях, - дефектный подокалинный слой металла. Травление может быть промежуточной операцией производства между горячей и холодной прокатками или завершающей отделочной операцией.
Способы травления. Состав, толщина и свойства окалины изменяются в широких пределах в зависимости от природы металла или сплава, термических режимов прокатки или термической обработки и предопределяют выбор среды травления, его длительность, и параметры оборудования. В линиях для удаления окалины обычно используют воздействие нескольких различных по природе факторов, но основной из них - воздействие раствора минеральной кислоты или смеси кислот с добавками солей и ингибиторов травления (или без них).
Окалина на прокате из низкоуглеродистых сталей наименее инертна и растворяется в горячем растворе серной или соляной кислоты. Наибольшей активностью обладает 26%-ный раствор серной кислоты при температуре 95 °C. Средний расход кислоты составляет 15 - 25 кг/т полосы. В последнее время получает все большее применение травление полосы в соляной кислоте.
На практике выявлены следующие преимущества травления в соляной кислоте: лучшее качество поверхности после травления; уменьшение потерь металла при травлении; повышение интенсивности растворения окалины в 1,6 - 2 раза; снижение стоимости травления. Так, при температуре раствора 80 -90 °C и концентрации кислот соответственно серной - 15 - 20 %, соляной - 5 - 15 % продолжительность травления в растворе серной кислоты составляет около 60 - 70 с, а в растворе соляной кислоты около 30 - 40 с. Благодаря интенсивности процесса травления в растворе соляной кислоты скорость прохождения полосы в ваннах травления и производительность непрерывной линии травления повышаются в 1,5 - 2 раза.
Для интенсификации процесса травления посредством увеличения выделения водорода, механически отрывающего окалину от металла, используется способ электролитического травления. Полоса проходит в ванне между широкими свинцовыми электродами, обеспечивающими плотность тока 10 - 12 А/дм2 поверхности полосы.
Окалина на прокате из аустенитных коррозионно-стойких сталей и электротехнических сталей в растворах серной кислоты растворяется очень медленно.
Кроме того, при разматывании рулонов на полосе из этих сталей образуются поперечные изломы, поэтому для повышения пластических свойств (уменьшения изломов) такие полосы перед травлением подвергают отжигу (кремнистые стали) и закалке после нагрева до 1050 °C (нержавеющие стали).
Образовавшуюся и плотно соединенную с основным металлом окалину предварительно обрабатывают в расплаве щелочи (70 % NaOH) и селитры (30 % NaNOj), которые переводят средние оксиды типа СГ2О3 в легкорастворимые высшие C1O3 (щелочное рыхление). Окислители, обычно HNO3 или ее соли, содержатся в растворе для последующей кислотной обработки.
Такая же и еще более инертная окалина образуется при прокатке и термообработке прецизионных сплавов, содержащих много Ni, Со, Сг, Си и Мп, и суммарная продолжительность химических операций при ее удалении может достигать 5-15 мин, хотя и толщина, и удельная масса окалины существенно меньше, чем на углеродистых сталях. Доступ раствора к прилегающему к металлу слою окалины облегчают, применяя окалиноломатели, что ускоряет процесс на 10 - 50 %.
Воздействие на подокалинный слой. Механизм процессов травления в кислотах таков, что наряду с растворением оксидов неизбежно с той или иной скоростью происходит растворение неокисленного подокалинного металла. Для углеродистых сталей оно является нежелательным,- так как, кроме потери металла и бесполезного расхода кислоты, ведет к накоплению на поверхности так называемого травильного шлама - нерастворимых составляющих стали (карбидов, сульфидов и др.).
Растворение неокисленного металла подавляют введением в травильный раствор ингибиторов - органических соединений, которые адсорбируются на металле и блокируют электрохимические реакции его растворения. Однако подавлять растворение подокалинного металла требуется не всегда. На многих сталях, легированных хромом, марганцем и другими металлами с большим сродством к кислороду, окалина обогащена оксидами этих металлов, а подокалинный слой металла, толщиной обычно 1 - 10 мкм, наоборот обеднен ими и утратил свойства, присущие основному металлу. Этот дефектный слой удаляют, поддерживая высокую растворяющую способность травильной среды, часто с помощью окислителей и активаторов растворения.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
559
8.9.5.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОС ИЗ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ
Общие сведения. Горячекатаные полосы из низкоуглеродистых сталей, предназначенные для холодной прокатки, требуют тщательного удаления окалины.
Травление происходит обычно в одну операцию в растворах серной или соляной кислоты.
Солянокислотные растворы из-за летучести хлористого водорода нуждаются в более совершенной герметизации и мощных вентиляционных устройствах, чем сернокислотные.
Регенерация кислотных растворов. Отработанные растворы, насыщенные солями железа, регенерируют несколькими способами.
Для сернокислотных распространена вакуумная кристаллизация, продуктом которой
является .технический железный купорос, загрязненный нерастворившейся окалиной; для солянокислотных - пиролитическое разложение, дающее смесь тонкодисперсных оксидов железа.
Конструктивное исполнение узлов травления подразделяют на три основных типа: первый тип - травильная ванна-бак; второй - ванна-лоток со встречным движению полосы потоком раствора; третий - вертикальная башня со струйной подачей раствора. В первых двух типах устройств используют и серную, и соляную кислоты, в третьем - преимущественно соляную.
На рис. 8.9.1 представлена схема непрерывного травильного агрегата (НТА) годовой производительностью 1,0 млн. т, выполненного по первому типу.
Рис. 8.9.1. Схема непрерывно-травильного агрегата с глубокими ваннами:
1 - транспортер рулонов; 2 - кантователь; 3 - подъемный стол; 4 - разматыватель (двухпозиционный);
5 - окалиноломатель; 6 - тянущие ролики; 7- правильная машина; 8, 19, 23 - гильотинные ножницы;
9 - стыкосварочная машина; 10 - гратосниматель; 11 - сшивная машина (для полос из нержавеющих сталей);
12, 13, 15 - ролики соответственно направляющие и тянущие;
14 - дрессировочная клеть, обеспечивающая обжатие на 1 - 2 % для лучшего разрушения окалины;
16 - индукционная установка подогрева полосы; 17 - индукционный датчик провисания полосы в кислотной ванне; 18 - ванные промывки с холодной и горячей водой, струйного смыва окалины и остатков кислоты под давлением 1 - 1,2 МПа и сушильная камера;
20 - дисковые ножницы для обрезки боковых кромок; 21 - кромкокрошитель;
22 - установка электростатического промасливания; 24 - моталка;
MNs 1, 2 - накопители (аккумуляторы) полосы
560	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
Агрегат предназначен для травления углеродистой горячекатаной полосы толщиной 1,5 - 6 и шириной 900 - 1850 мм в растворе соляной кислоты. Он установлен в цехе холодной прокатки перед 5-клетъевым станом 2000.
Технологическая часть НТА первого типа состоит из ряда последовательно установленных ванн длиной 10 - 20 м каждая, так что длина полосы, погруженной в раствор, может достигать 100 м и более. Ванны соединены друг с другом и образуют каскад. Свежий травильный раствор подается из бака-накопителя регенератора в последнюю по ходу полосы ванну травления и перетекает к первой ванне, обогащаясь солями железа и обедняясь по кислоте.
Начальная концентрация кислоты составляет обычно 18 - 20 %, конечная - 5 -10 %; содержание солей железа - наоборот увеличивается. Раствор в каждой из ванн подогревается выносным или встроенным в ванну теплообменником, обычно паровым. Отработанный раствор сливается в накопитель, служащий, вместе с циркуляционным баком, буфером между регенерационной установкой и ваннами.
Подача обогащенного кислотой регенерата в линию происходит по сигналам концен-
тратомеров, установленных в первой и последней ваннах. Компенсация кислоты, расходуемой на образование солей и вынос раствора полосой, происходит автоматически из бака со свежей кислотой.
Второй тип НТА с ванной-лотком (рис. 8.9.2) имеет более совершенную конструкцию травильного узла. В ванной-лотке поток травильного раствора, подаваемого циркуляционными насосами из баков, течет против движения полосы со скоростью 0,5-1 м/с относительно ванны, что обеспечивает турбулентный режим течения у поверхности полосы и сокращает продолжительность травления на 30 % по сравнению с продолжительностью этого процесса в ваннах погружного типа.
В этом отношении еще более эффективен третий тип НТА - вертикальная башня (рис. 8.9.3), в которой на поднимающуюся и опускающуюся части полосы травильный раствор подается струями. Конструкция НТА с вертикальной башней сильно сокращает габаритные размеры агрегата по длине, но из-за трудностей, связанных с обеспечением герметичности башни и удалением обильно выделяющихся паров и аэрозолей кислот, этот тип агрегатов не получил широкого распространения.
Рис. 8.9.2. Схема технологической части непрерывно-травильного агрегата с ваннами проточного типа:
1 - натяжная станция; 2 - накопитель полосы; 3 - центрирующее устройство;
4, 6- ванна соответственно травления проточного типа и трехступенчатой промывки;
5, 7 - ролики соответственно транспортные и отжимные; 8 - сушилка полосы;
9, 11 - баки соответственно циркуляционный и для хранения регенерированного раствора;
10 - насос для перекачки раствора; 12 - бак-сборник отработавшего раствора; 13 - регенерационная установка
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОС ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
561
Рис. 8.9.3. Схема технологической части непрерывно-травильного агрегата башенного типа:
1 - натяжная станция; 2 - накопитель полосы; 3 - травильная башня;
4-6- ванны струйной промывки соответственно холодной водой, горячей водой и нейтрализующим раствором, 7 - отжимные ролики; 8 - сушилка полосы
Из узла травления полоса поступает в каскадную противоточную систему промывки, состоящую, обычно, из трех ванн, разделенных отжимными роликами. Вода подается на обе стороны полосы из струйных коллекторов насосами; на выходе из третьей ванны полоса промывается свежей горячей водой и поступает в сушильное устройство. Полнота промывки очень важна для предотвращения коррозии полосы при ее последующем хранении и поэтому контролируется по электропроводности воды в последней ванне. Промывные воды затем поступают на очистные сооружения и в цикл оборотного водоснабжения. Сухая полоса промасливается (обычно жидким минеральным маслом) в установке электростатического промасливания или в валковой машине и свертывается в рулон. Входную и выходную части агрегата см. рис. 8.9.1.
Конструктивные особенности оборудования. Корпусное оборудование горизонтальных НТА изготовляют из конструкционной стали, затем подвергают многослойному гуммированию и футеруют кислотоупорной керамикой. Вдоль боковых стенок ванн имеются коллекторы для отсасывания паров кислоты, сверху ванны плотно накрыты крышками из кислотоупорного пластика. Торцевые щели для входа и выхода полосы имеют уплотнения из кислотостойкой резины. Полимерные материалы используют для кожухов струйных башен, трубоприводов и коллекторов.
8.9.6.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОС ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ И ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ
Последовательность операций. Термическая и прокатная плотная окалина на полосах из коррозионно-стойких сталей и прецизионных сплавов, содержащая смесь оксидов, растворяется очень медленно в простых кислотных растворах. Для удаления такой окалины прибегают к ряду последовательных воздействий как химических, так и механических. Традиционная последовательность операций -обработка в щелочном расплаве, затем основное травление в кислотном растворе при потенциалах активного растворения и завершающая обработка в окислительной среде -осветление.
Обработка в расплаве щелочи при температуре 400 - 500 °C в присутствии окислительных солей - нитратов или нитритов - приводит к тому, что труднорастворимые оксиды средних степеней окисления превращаются в легкорастворимые в кислоте высшие оксиды. Реже в состав расплава вводят восстановитель, обычно гидрид натрия, который восстанавливает оксиды до металла. Происходит так называемое рыхление окалины, благодаря которому сильно облегчается ее последующее растворение в кислотах.
Из-за большого выноса щелочных расплавов полосой (до 100 - 200 г/м2) за ванной с расплавом устанавливают сложные и расходующие много воды промывные устройства, которые, тем не менее не всегда обеспечивают
562 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
полную отмывку поверхности. Часть щелочи переносится в кислотную ванну и нейтрализуется там, вызывая бесполезный расход кислоты. По этой причине обработку в расплавах стараются заменить иными воздействиями, однако на предприятиях с большим разнообразием обрабатываемых сплавов ванны с щелочным расплавом ничем не заменяют из-за их универсальности.
Промытая после щелочной обработки полоса поступает в основную ванну травления, приготовленную обычно на основе серной или соляной кислоты, хде должна раствориться вся окалина, преобразованная в щелочном расплаве. Почти всегда травильный раствор содержит окислитель - азотную кислоту или ее соли, а ванны, приготовленные на серной кислоте, -добавки активатора, которыми являются соляная кислота или ее соли.
Травление завершается в ванне осветления, содержащей обычно смесь 8 - 10 % азотной и 2 - 3 % фтористоводородной кислот. В этой среде становятся растворимыми частицы карбидов, сульфидов и других избыточных фаз, накопившихся на поверхности в течение предыдущих операций и образующих темный налет так называемого травильного шлама. Поверхность осветляется и приобретает товарный вид.
Для отработанных щелочных расплавов и кислотных растворов отсутствуют надежные регенерационные технологии - их приходится нейтрализовать и осаждать содержащиеся в них металлы в виде гидроксидов или карбонатов, с принятием мер по защите окружающей среды.
Конструктивные особенности оборудования. Три основных ванны агрегатов щелочнокислотного травления содержат в своих травильных средах летучие и агрессивные компоненты, поэтому их снабжают мощными вентиляционными устройствами, изготовленными из стойких материалов - полимеров, высоколегированных сталей или титана.
Конструкции ванн для щелочного расплава и кислотных смесей однообразны: полосы пропускаются по горизонтальным ваннам, образуя в них свободно провисающие петли. Корпус ванны для щелочного расплава сваривают из конструкционной стали и его не футеруют, так как расплав не агрессивен к стали. Кислотные ванны гуммируют и футеруют кислотоупорной керамикой; для азото-фтористо-водородной смеси кислот применяют футеровку графитовыми плитками. В связи с тем, что длительные остановки полос в основной кислотной ванне приводят к локальной коррозии металла, агрегаты щелочно-кислотного травления снабжают входными и выходными накопителями полосы.
Альтернативная технология травления. Для коррозионно-стойких сталей аустенитного класса и ферритных и мартенситных сталей некоторых марок применяют альтернативную технологию травления, в значительной степени, но не полностью, свободную от недостатков щелочно-кислотного метода.
Эту технологию осуществляют на непрерывных закалочно-травильных агрегатах (рис. 8.9.4). После термической части агрегата движущаяся полоса обрабатывается потоками стальной (рубленная проволока) или чугунной дроби, поступающей из дробеметных машин. Дробь удаляет до 70 % окалины, имеющейся на поверхности. Отработанная дробь отделяется от частиц окалины в сепараторах и возвращается в процесс.
Затем полоса поступает в ванну электролитического травления в нейтральном растворе сульфата натрия, где подвергается попеременно катодной и анодной поляризации постоянным током при прохождении между электродами соответствующей полярности. Во время анодной поляризации происходит растворение неокисленной основы из состояния перепас-сивации, .ослабляющее связь остатков окалины с основой, а выделяющийся кислород отрывает их от поверхности. При катодной поляризации выделяется водород, что также способствует отделению частиц окалины.
Характерной особенностью этого процесса является то, что продукты анодной реакции образуют нерастворимые гидрооксиды, выделяемые впоследствии из раствора в отстойниках и затем сгущаемые в центробежных сепараторах.
Далее эти вещества выводят из системы. Поскольку сульфат натрия не участвует в электродных реакциях, он не расходуется, за исключением выноса полосой.
Плотность тока в анодном и катодном процессах составляет 0,2 - 0,4 А/см2, пропущенный заряд - 10 - 30 Кл/см2.
На этой стадии завершается удаление окалины и основной части подокалинного дефектного слоя металла. Затем после промывки водой в щеточно-моечной машине полоса поступает в ванну осветления в смеси азотной и фтористоводородной кислот. Температуру раствора и соотношение концентраций кислот подбирают такими, чтобы скорость растворения была достаточной для завершения растворения слоя дефектного подокалинного металла и чтобы потенциал был достаточно высок для предотвращения образования травильного шлама. Обработка завершается промывкой и сушкой горячим воздухом.
Рис. 8.9.4. Схема непрерывного закалочно-травильного агрегата полосы из коррозионно-стойких сталей:
/ и 33 - устройства соответственно загрузочное и разгрузочное; 2 - разматыватель; 3 - задающее устройство с правильными роликами;
4 и 31 - гильотинные ножницы; 5 - машина сварки полос; 6, 11, 19* 29- натяжные станции; 7 - накопитель полосы; 8 - центрирующее устройство;
9 и 13 - печи соответственно отжига и подогрева полосы; 10 и 12 - установки соответственно охлаждения полосы и дробеметная;
14, 20 и 23- ванны соответственно щелочного расплава, электролитического травления полосы и пассивации; 17, 22*24- ванны струйной промывки;
16, 21* 25- щеточно-моечные машины; 18* 27- отжимные ролики; 26 - ванна двухкаскадной струйной промывки;
28 - сушилка полосы; 30 - петлевая яма; 32 - моталка
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ ПОЛОС ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
564	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
8.9.7.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ В РАСПЛАВ
Общие сведения. Методом погружения в расплав наносятся цинковые и свинцовые покрытия, а также покрытия из цинка с алюминием. Широко применявшееся ранее при производстве белой жести горячее лужение повсеместно вытеснено электролитическим процессом.
Горяченанесенные покрытия цинком, алюминием и их сплавами являются самыми массовыми видами покрытий для полосового проката.
Технологии получения покрытий из цинка (рис. 8.9.5), алюминия и их сплавов объединены общностью принципа - непрерывно движущаяся стальная полоса подвергается химико-термической обработке, в результате которой она освобождается от прокатной смазки и поверхностных оксидов и погружается в ванну с расплавом металла при строго определенной температуре, зависящей от состава расплава.
В момент контакта поверхности с расплавом происходит ее смачивание, и начинается взаимодействие расплава со сталью, приводящее к образованию слоя интерметаллических соединении железа с металлом покрытия. Толщина и строение этого слоя влияют на пластичность покрытия и его способность сохранять адгезию при деформации металла, а также на защитные свойства покрытия. Поэтому процесс образования интерметаллидов тщательно контролируют температурно-временными факторами и введением в расплав микродобавок металлов, влияющих на кинетику взаимодействия расплава со сталью.
Полоса выходит из расплава вертикально, вынося на поверхности слой расплавленного металла. Излишки расплава стекают вниз под действием сил тяжести и плоской струи воздуха или водяного пара, направляемой под регулируемым углом к поверхности полосы из так называемого струйного ножа. Удельное количество выносимого полосой металла (т.е. толщина получаемого покрытия) является функцией скорости движения полосы, температуры расплава и режима работы струйного ножа - давления газовой струи и угла встречи ее с полосой. Нижний предел толщины цинковых покрытий - 5 мкм (40 г/м2), верхний -70 мкм (500 г/м2), но в массовом производстве применяют покрытия толщиной 15-30 мкм (120 - 240 г/м2).
В некоторых конструкциях ванн на выходе из расплава полоса пропускается между двумя стальными роликами, назначение которых не допускать попадания окисных пленок, плавающих по поверхности расплава, на полосу и предотвращать тем самым образование дефектов покрытия.
В момент воздействия струйного ножа начинается интенсивное охлаждение покрытия, которое затем продолжается холодным воздухом, нагнетаемым вентиляторами высокого давления на участке воздушных регистров. Кристаллизация покрытия происходит на участке, где на полосу подается тонкораспыленная вода или аэрозоль углекислоты. Режимом их подачи можно варьировать размеры кристаллов цинка. На всем вертикальном участке полосы от погружного барабана цинковальной машины до отклоняющего ролика полоса не контактирует с какими-либо деталями конструкции. Окончательное охлаждение полосы происходит погружением в ванну с циркулирующей водой или в узле со струйной подачей воды.
Конструкция ванны для металлического расплава зависит от природы металла и способа обогрева. Ванны для цинка и сплава цинка с 4 - 6 % алюминия (покрытие гальфан) изготовляют сварными из низкоуглеродистой стали (0,03 - 0,10 % С) или из армко-железа. Такие ванны вмещают, в зависимости от размеров полосы и скорости ее движения, от 50 - 60 до 200 - 300 т расплава. Обогреваются ванны чаще всего газовыми горелками, равномерно располагаемыми по боковым стенкам и днищу. Небольшие и средние ванны обогреваются горелками только в периоды запуска, а в рабочем режиме баланс теплоты поддерживается благодаря повышенной на 30 - 50 °C относительно расплава температуры полосы, поступающей в ванну. Для крупных ванн этой теплоты недостаточно, и система подогрева ванны работает непрерывно в автоматическом режиме.
На дне стальных ванн имеется слой свинца высотой 200 - 300 мм, предохраняющий нижние сварные швы ванны от тепловых напряжений и агрессивного воздействия цинкового расплава. Слой свинца также выравнивает температурное поле у днища и облегчает удаление твердого осадка железоцинковых интерметаллов, скапливающегося на нем.
Крупные ванны цинкования, а также ванны для алюминия и гальвалюма (55 % А1, 6 % Si, Zn - остальное), которые агрессивны к стали, футеруют специальной керамикой и снабжают индукционными нагревателями. Вынос металла полосой компенсируют загрузкой чушек чистых металлов или лигатур с микродобавками непосредственно в ванну. Более совершенна подача в ванну металлов покрытия в жидком состоянии из отдельных индукционных плавителей, позволяющая точнее вести температурный режим. Годовая производительность агрегата, приведенного на рис. 8.9.5, составляет 100 - 200 тыс. т полосы толщиной 0,3 - 1,5 мм.
Рис. 8.9.5. Схема агрегата непрерывного горячего цинкования полосы:
а - входная секция: 1 - разматыватели рулонов; 2 - гильотинные ножницы; 3 - правильная машина; 4 - электросварочная машина; 5 - накопитель полосы;
6 - дисковые ножницы для обрезки боковых кромок полосы; 7 - натяжные ролики; 8 - четырехярусное петлевое устройство (аккумулятор) для 300 м полосы;
б - секция электрохимической очистки: 9 - ванна обезжиривания в щелочном растворе; 10 - камера промывки и сушки; 11 - натяжные ролики;
в - секция термической обработки: 12 - регулятор натяжения полосы; 13 - камера безокислительного нагрева до температуры 450 - 470 °C;
14 - камера нагрева для отжига полосы при 730 - 800 °C или нормализации при 900 - 950 °C; 15 - блок ускоренного охлаждения в защитном газе;
16 - камера выдержки при температуре 500 °C; г - секция цинкования: 17 - наклонный канал с защитным газом; 18 - ванна с расплавом цинка;
19 - струйный нож и ролики снятия окисных пленок; 20 - натяжные ролики; д - секция охлаждения: 21 - печь для отпуска 320 - 350 °C; 22 - камера охлаждения; е - секция правки и дрессировки: 23 - дрессировочный стан; 24 - правильно-натяжные ролики; 25 - ванна пассивации;
ж - выходная секция рулонов: 26 - накопитель полосы; 27 - ножницы и моталки, з - выходная секция листового проката: 28 - накопитель полосы; 29, 31 - правильные машины; 30 - барабанные ножницы; 32 - листоукладчики
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ МЕТОДОМ ПОГРУЖЕНИЯ
566	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
Способы химико-термической обработки при подготовке полосы к цинкованию. Способ Сендзимира. Смазка на поверхности полосы сжигается при температуре 400 -450 °C, затем полоса проходит рекристаллизационный отжиг при температуре 730 - 750 °C или нормализацию при температуре 900 °C в азотноводородной атмосфере, что обеспечивает восстановление оксидов железа. При температуре на несколько десятков градусов выше температуры ванны с расплавом полоса погружается в него, не приходя в контакт с воздухом.
Способ Тернера. Нагрев полосы производится излучением от поверхности керамических горелок, имеющих температуру более 1500 °C, при этом, благодаря кратковременности процесса, поверхность полосы не успевает окислиться, что позволяет снизить концентрацию водорода в восстановительной части печи. При скорости движения полосы 2-3 м/с продолжительность технологических операций составляет: безокислительный нагрев - 10 - 15 с, нагрев до температуры отжига или нормализации 20 - 30 с, выдержка при этих температурах 7 - 12 с, охлаждение до температуры 480 - 500 °C - 80 - 120 с и выдержка при этой температуре перед погружением в расплав 30 - 40 с.
Исправление дефектов. Охлажденная после нанесения покрытия полоса нуждается в исправлении геометрических дефектов, возникших в ходе термической обработки, основными из которых являются волнистость кромок и коробоватостъ. Их устраняют в правильно-дрессировочных устройствах посредством пластической деформации растяжением и небольшими (1 - 3 %) обжатиями. Дрессировкой также выравнивают характерный рисунок покрытия, что требуется для полос, предназначенных для нанесение полимерных покрытий.
Пассивация - завершающая операция обработки покрытия. Цинковые, цинк-алюминиевые и алюминиевые покрытия обрабатывают разбавленными (10 - 20 г/л) растворами хромовой кислоты или ее солей погружением или струйной подачей и затем выравнивают пленку раствора устройством типа воздушного струйного ножа. В результате на поверхности покрытия после сушки образуется тонкая, слабоокрашенная в желтый цвет пленка хроматов цинка, отдаляющая начало коррозионных процессов при хранении оцинкованной стали и эксплуатации изделий из нее.
8.9.8.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Общие сведения. К основным видам металлических покрытий, наносимых методом электроосаждения (рис. 8.9.6), относятся оловянное и хромовое (в производстве белой жести), а также цинковое и сплавами на основе
цинка (на тонкий стальной лист под последующую окраску или для изготовления деталей кузовов в автомобильной промышленности). В первом случае стальная основа имеет толщину 0,15 - 0,5 при ширине 1000 - 1500 мм, во втором - соответственно 0,5 - 2,0 и 1000 -2000 мм. Толщины покрытий (удельные массы покрытия) стандартизированы в международном масштабе: для белой жести их выбирают из ряда с шагом 0,04 мкм (2,8 г/м2); для поверхностей, покрываемых цинком и его сплавами, - из ряда с шагом 2,5 мкм (18 г/м2). Толщина хромового покрытия составляет обычно 0,01 - 0,03 мкм, поверх металлического хрома наносится оксид хрома, составляющий 3-5 мг/м2 в пересчете на металлический хром.
Компоновка агрегата электролитического цинкования (входную и выходную части - см. рис. 8.9.1) показана на рис. 8.9.6. Для обеспечения равной толщины покрытия на обеих сторонах полосы предусмотрена смена их контактов с токоподводящими роликами в начале и конце • ванны (или установка двух ванн). Схемы ванн осаждения см. рис. 8.9.7 - 8.9.10.
Масса осаждаемого покрытия. Электроосаждение покрытий на движущуюся полосу подчиняется известному закону
т = Э/Г,
где т - масса осажденного металла; Э - электрохимический эквивалент осаждаемого металла; I - сила тока; t - время.
Общий ток в агрегатах покрытия составляет от 150 - 200 (в небольших линиях электролитического лужения) до 1000 - 2000 кА (в самых крупных линиях электролитического цинкования или нанесения цинковых сплавов), что соответствует генерированию металла 60 - 600 г/с. Вследствие того, что средняя толщина оловянных покрытий на белой жести колеблется около 1 мкм, а в линиях цинкования - около 5-10 мкм, скорость движения в линиях лужения выше. В наиболее производительных линиях лужения она достигает 10 -12 м/с, а в линиях цинкования не превышает 2 - 3 м/с.’
Плотность тока. Простая геометрия электродов и межэлекгродного пространства предопределяет более высокие, чем в обычной гальванотехнике, скорости осаждения покрытий. Так, при осаждении олова катодная плотность тока достигает 35 - 40 А/дм2; осаждение цинка в условиях развитого турбулентного потока электролита в межэлектродном зазоре проводят при плотностях тока до 150 - 200 Al/jhm2-. Движение покрываемой полосы со скоростью в несколько метров в секунду уже турбулизирует прикатодный слой электролита и в значительной мере снимает диффузионные ограничения катодного процесса.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
567
Рве. 8.9.6. Схема технологической части агрегата электролитического цинкования:
1 - натяжная станция; 2 - накопитель полосы; 3 - центрирующее устройство;
4 - ванна электролитического травления; 5 - отжимные ролики; 6 - ванна струйной промывки холодной водой;
7 - щеточно-моечная машина; 8 - ванна струйной промывки горячей водой; 9 - ванна замочки;
10 - ванна цинкования; 11 - ванна улавливания и промывки; 12 - ванна пассивации; 13 - сушилка полосы
Рис. 8.9.7. Ванна электролитического цинкования типа ’Травитель’’ с растворимыми анодами:
1, 2 и 7- ролики соответственно токоподводящие, отжимной и транспортный; 3 - корпус ванны;
4 - электрод с насыпным анодным материалом;
5 - питатель анодного материала;
6 - коллекторы подачи раствора
Рис. 8.9.9. Радиальная ванна осаждения покрытия с нерастворимыми анодами и встречным потоком электролита:
1, 2 и 4 - ролики соответственно токоподводящие, отжимные и транспортный;
3 - коллекторы подачи раствора; 5 - корпус ванны
Рис. 8.9.8. Ванна электролитического нанесения покрытия горизонтального типа со встречным потоком электролита:
1,4 т 5- ролики соответственно транспортные, прижимной и токоподводящий; 2 - коллектор подачи раствора; 3 - нерастворимый электрод
Рис. 8.9.10. Вертикальная ванна типа ’’Сумитомо” с нерастворимыми анодами:
1, 2 и 6 - ролики соответственно токоподводящие, прижимные и транспортный;
3 - коллекторы для подачи раствора;
4 - нерастворимые аноды; 5 - корпус ванны
568	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
В наиболее совершенных конструкциях гидродинамические условия создают искусственно, снижая межэлектродный зазор до 8 - 10 мм и прокачивая электролит в нем навстречу движению полосы, что создает контролируемые условия для осаждения покрытий в интенсивном режиме. Производительность непрерывных агрегатов электролитического покрытия: цинком 50 - 150 тыс. т/год, оловом 140 - 160 тыс. т/год.
Плотность тока при осаждении покрытий оптимальной структуры связана со скоростью потока в межэлектродном зазоре эмпирическим выражением
/а = Ле Re", где /а - предельная плотность тока диффузии; к - коэффициент, характеризующий морфологию осадка; Re - критерий Рейнольдса; с -концентрация катионов металла в растворе; п -постоянная, зависящая от геометрии межэлектродного пространства; для плоских электродов п = 0,7.
Установлено, что поддержание требуемого состава рабочих электролитов и работа систем автоматики в оптимальном режиме, следящих за технологическими показателями, возможны при условии, кода объемная плотность тока не превышает 1,5 - 2 А/л раствора. Поэтому блоки технологических ванн агрегатов покрытий снабжают баками вместимостью 100 - 200 м3 и более, связанные с ваннами циркуляционными насосами.
На напорных трубопроводах, связывающих баки с технологическими ваннами, устанавливают теплообменники, поддерживающие заданную температуру раствора, и фильтры (обычно тарельчатого типа). Теплообменники могут работать как на HaipeB, так и на охлаждение раствора в случаях значительных выделений джоулева тепла в электролизных ваннах.
Подготовка поверхности полос перед нанесением покрытий состоит из обычного набора операций, включающих обезжиривание в щелочных растворах и электролитическое катодное декапирование в растворе серной кислоты.
8.9.9. АГРЕГАТЫ ДДЯ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
Конверсионная обработка. Агрегаты для нанесения полимерных покрытий (рис. 8.9.11) содержат участки так называемой конверсионной обработки поверхности полосы, которая обеспечивает требуемую адгезию полимерного покрытия, и участки нанесения собственно полимерных покрытий. Конверсионная обработка состоит из следующих операций: обез
жиривания, нанесения фосфатных или хроматных пленок и окончательной пассивирующей промывки. Чаще всего эти операции выполняют водными растворами, подаваемыми на металлическую поверхность струями с целью интенсификации химических реакций. Для этой же цели при фосфатировании стальной полосы ее подвергают абразивному воздействию щеток.
Используют также бессточный вариант технологии конверсионной обработки, при котором фосфатирующие и хроматирующие составы точно дозируются на полосу распылением или валковыми машинами, после чего следует термическая обработка при температуре 100 -300 °C, предназначенная для формирования соответствующего покрытия.
Участок полимерных покрытий. Подготовленная конверсионной обработкой полоса поступает затем на участок нанесения полимерных покрытий. Жидкие лакокрасочные материалы наносятся преимущественно с помощью валковых машин различных конструкций - 2- и 3-валко вых, с попутным или встречным вращением наносящего ролика (вариант в зависимости от свойств лакокрасочного материала и скорости движения полосы).
Грунтовые покрытия толщиной 5-7 мкм наносятся обычно на обе стороны полосы одновременно, после чего полоса поступает в печь термообработки грунта. Затем на одну из сторон наносится покровное покрытие толщиной 10 - 30 мкм и следует его термообработка.
Лакокрасочные материалы, наносимые в непрерывных линиях, должны обладать небольшой продолжительностью сушки (не более 40 - 60 с), что связано с размерами печей.
Синтетические эмали и лаки содержат обычно до 30 % летучих органических растворителей, которые выделяются при термообработке и затем сжигаются в специальных каталитических дожигателях во избежание попадания их в атмосферу.
Сушка покрытий. В печах конвекционной сушки используют газообразное топливо; применяется также индукционный нагрев полосы, при котором процесс удаления растворителей протекает более интенсивно.
Лакокрасочные материалы на основе жидких мономеров, способных к отверждению пучком электронов, не содержат летучих растворителей и поэтому более экологичны. Они также наносятся с помощью валковых машин и затем отверждаются в течение долей секунды в мощных излучателях, сканирующих по поверхности обеих сторон полосы. Однако выбор таких материалов существенно уже, чем традиционных.
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УЧАСТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ АГРЕГАТОВ ОБРАБОТКИ ПОЛОСЫ 569
Рис. 8.9.11. Схема технологической части агрегата нанесения полимерных покрытий на полосу (входная часть не показана):
1, 16, 19 - натяжные станции; 2, 17 - накопители полосы соответственно № 1 и № 2;
3 - центрирующее устройство; 4 - ванна обезжиривания; Л 7, 8- ванны промывки; 6 - ванна декапирования;
9 - сушилка полосы; 10 - петлевое устройство; 11 - установка нанесения грунта; 12 - печь сушки грунта;
13 - устройства для нанесения пленки; 14 - установки нанесения лака; 75 - печь сушки лака;
20 - гильотинные ножницы; 21 - моталка; 22 - разгрузочное устройство
Декоративная отделка. После нанесения и термической обработки покровного слоя в агрегатах полимерных покрытий часто устанавливают полиграфическое оборудование для дополнительной декоративной отделки поверхности, имитирующей дерево, мрамор, перламутр и другие природные материалы.
8.9.10. ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УЧАСТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ АГРЕГАТОВ ОБРАБОТКИ ПОЛОСЫ
Входные участки предназначены для загрузки и размотки исходных рулонов для подачи полосы в технологические участки агрегатов. Во входных участках непрерывных агрегатов выполняют также операции подготовки концов полос и соединения их между собой.
Состав оборудования входных участков следующий:
устройства для загрузки исходных рулонов;
разматывателя;
устройства для отгибки и подачи передних концов полосы;
ножницы для обрезки концов полосы;
оборудование для соединения концов полосы (сшивные или сварочные машины);
устройства для транспортирования полосы с заданными натяжением и скоростью посредством двух тянущих роликов или 5-образных натяжных станций;
накопители полосы для обеспечения непрерывной работы технологических участков агрегатов при замедлениях или остановках входных участков.
Типы входных участков. В зависимости от планировки цеха различают два способа подачи рулонов:
с подачей рулонов по оси агрегата,
с подачей рулонов перпендикулярно к оси агрегата.
На входных участках с подачей рулонов по оси агрегата для размотки исходных рулонов применяют так называемые двухгаловчатые разматыватели (рис. 8.9.12).
Для непрерывных агрегатов также входные участки выполняют двухпозиционными. На п е р в о й позиции отгибается передний конец полосы в рулоне, поступившем в агрегат. На в т о р о й позиции проводят размот-
570	Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
Рис. 8.9.12. Двухголовчатый раматывателы
1 - головки разматывателя; 2 - привод вращения барабана; 3 - гидроцилиндр перемещения головки разматывателя; 4 - станина;
5 - щека барабана разматывателя; 6 - разжимной барабан разматывателя; 7 - рулон
ку полосы с предыдущего рулона. Межпозиционная передача рулонов осуществляется передаточной тележкой. Поскольку операции на обеих позициях выполняются одновременно, то длительность остановки входного участка сокращается и уменьшаются паузы между размоткой очередных рулонов в агрегат.
Входные участки подобного типа широко применяют в агрегатах обработки горячекатаных полос - непрерывных травильных агрегатах, на входе в станы холодной прокатки и т.д.
Участки с подачей рулонов перпендикулярно к оси агрегата находят все большее применение (рис. 8.9.13). На этих участках для раз-, мотки полосы применяют по два разматывателя с консольными барабанами. В то время как с одного разматывателя происходит размотка рулона в агрегат, на второй надевается новый рулон и отгибается передний конец полосы. При этом во входных участках такого типа применяют двухярусную (рис. 8.9.13, а) или одноярусную (рис. 8.9.13, б) схемы размотки полосы.
При одноярусной схеме разматыватели устанавливают друг с другом рядом на одном уровне и после них - один, общий для разма-тывателей комплект оборудования.
Одноярусная схема компактнее, в ней значительно меньше оборудования. Однако для сокращения до минимума времени резки концов полосы, в этой схеме необходимо применение летучих ножниц.
Конструкция входного участка (рис. 8.9.14) разработана СФ* ВНИИМЕТМАШ для высокопроизводительных непрерывных травильных агрегатов и станов холодной прокатки.
Особенности этого участка заключаются в следующем.
* Славянский филиал ВНИИМЕТМАШа, ныне Украинский НИИ металлургического машиностроения, г. Славянск.
0
Рис. 8.9.13. Схема входного участка с подачей рулонов перпендикулярно к оси агрегата на консольные барабаны разматывателей: 1 - загрузочная тележка с подъемным столом; 2 - разматыватель; 3 - рулон;
4 - правильная машина с оптибателем;
5 - ножницы для обрезки концов полосы; 6 - укладчик некондиции; 7и 8 - задающие ролики; 9 - сварочная машина; 10 - консольный разжимной барабан разматывателя
Оборудование для загрузки исходных рулонов включает конвейер шагающего типа, кантователь рулонов, передаточную тележку и тележки с подъемным столом для загрузки рулонов на разматыватели.
В конвейере предусмотрены две секции -приемная для установки на нее рулонов цеховым краном и передаточная для подачи рулонов на кантователь.
Исходные рулоны устанавливаются на секцию цеховым 1фаном в вертикальном положении. Шаг установки - произвольный, но он не должен превышать ход балки конвейера.
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УЧАСТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ АГРЕГАТОВ ОБРАБОТКИ ПОЛОСЫ 571
Рис. 8.9.14. Схема входного участка конструкции СФ ВНИИМЕТМАШ:
1 - оборудование для загрузки исходных рулонов; 2 ~ фомяпхввсгель (2 шт.); 3 - отгибатель (2 шт.);
4 - центрирующие ролики (3 шт.); 5 и 12 - пресс-штампы (2 шт.); 6 - правильная машина;
7 - летучие барабанные ножницы; 8 - укладчик некондиции; 9 - пресс-ножницы; 10 - сварочная машина; И - уборочное устройство; 13 - тянущая станция; 14 - регулятор натяжения; 15 - центрирующий ролик;
16 - спиральный накопитель полосы; 17 - ценгрователь полосы
В узле сочленения приемной и передаточной секций конвейера расположено фотореле, по командам которого проводится посредством необходимого хода передаточной секции установка каждого рулона в необходимое положение. Поэтому рулоны на передаточной секции располагаются строго определенно, на расстоянии друг от друга, равном ходу балки конвейера.
Разворот рулонов из вертикального положения в горизонтальное с обеспечением необходимой высотной отметки выполняет кантователь, опускающий рулон на тележку с подъемным столом. Скантованные рулоны этой тележкой перемещают в перпендикулярном направлении к оси агрегата и надевают на штырь передаточной тележки, которая транспортирует их вдоль агрегата к разматывателям №№ 1 и 2. Посредством тележек с подъемными столами, расположенных у разматывателей, выполняется поочередный съем рулона со штыря передаточной тележки и установка рулона на барабан соответствующего разматыва-теля.
Приводы кантователя, подъемных столов и тележек выполнены гидравлическими.
Разматыватели предназначены для размотки рулонов и имеют консольные разжим
ные барабаны пирамидального типа с повышенным диапазоном изменения диаметра. Так, при номинальном диаметре 750 мм барабаны разматывателей конструкции СФ ВНИИМЕТМАШ имеют диаметры, мм: максимальный 796 и минимальный 610. При таком диапазоне изменения диаметра барабанов обеспечивается свободное надевание на них рулонов (при сложенных сегментах барабана) и надежный зажим их при разжатии барабана с помощью гидроцилиндров.
Разматыватели - плавающие, установлены на катках станины и перемещаются гидро-цилиндром по командам фотодатчика, контролирующего положение полосы относительно оси агрегата. Вследствие этого полоса подается в агрегат со смещением от его оси не более ±5 мм.
Конструкция скребковых отгибателей и проводок обеспечивает отгибку и подачу переднего конца полосы к правильной машине с одного из разматывателей во время размотки рулона со второго разматывателя, с минимальной паузой при переходе с рулона на рулон.
Правильная машина предназначена для правки рулонной кривизны в задних и передних концах полос перед подачей их в агрегат. В НТА металлургического комбината "Запо
572 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
рожсталь" (Украина), где проводят обработку горячекатаных полос из углеродистой стали сечением (2 - 4) х (800 - 1550 )мм, правильная машина имеет пять роликов диаметром 240 мм.
Для резки передних и задних некондиционных концов полосы применены летучие барабанные ножницы. С их помощью режут полосы на листы длиной 2 м при скорости движущейся полосы до 3 м/с. Эти листы из некондиционной полосы собираются укладчиком в пакеты массой до 5 т.
Для соединения полос применяют стыкосварочную машину конструкции ВНИИМЕТМАШ типа МСО-100. В цикл сварки входят операции зажима концов полосы, их обрезки, сварки, строгания шва гратоснимате-лем, и при необходимости, - отжиг швов.
Длительность сварочного цикла в машине, в зависимости от материала и сечения свариваемых полос, приведена в табл. 8.9.1.
Все операции в сварочной машине проводятся автоматически.
На входе и выходе из сварочной машины установлены петлеобразователи и центрирующие ролики для установки свариваемых полос по оси агрегата. Машина оснащена также устройством для уборки обрезков концов полосы.
Для контроля положения сварных швов при прохождении их через НТА, а затем -через стан холодной прокатки, по краям полосы до и после шва пробивают отверстия диаметром 8 мм с помощью двух пресс-штампов во время сварки полос.
На входе в сварочную машину установлены пресс-ножницы, которые используют для высечки трапецеидальных сегментов на кромках полосы. Высечку сегментов проводят с целью:
обеспечить одинаковую ширину полос в районе шва перед сваркой концов полос разной толщины;
исключить острые углы в последующей более широкой полосе, которые могут привести к порче оборудования;
обеспечить возможность выведения и введения дисковых ножниц в контакт с полосой в выходном участке агрегата.
Для транспортирования полосы с заданным натяжением во входном участке агрегата установлена тянущая станция 5-образного типа. Приводные ролики этой станции диаметром 1250 мм покрыты полиуретаном.
Для обеспечения непрерывной работы технологической части агрегата во входном участке установлен накопитель полосы.
Вместимость накопителя (м) определяют по формуле
утшах авх
-*Р К,
А =
где vt max ~ наибольшая скорость движения полосы на технологическом участке, м/с; -темп разгона или торможения входного участка агрегата, м/с2; Тп - время подготовки и сварки концов полос во входном участке агрегата, с; £р - расстояние от разматывателя до сварочной машины, м; v3 - заправочная скорость во входном участке агрегата, м/с; К -коэффициент, учитывающий возможные сбои в работе входного участка, например, при заправке в него передних концов полосы.
В качестве накопителей полосы широко применяют горизонтальные или вертикальные петлевые устройства. Недостатками этих устройств являются значительные габаритные размеры и масса оборудования, а также большие динамические нагрузки, возникающие в полосе при переходных процессах (разгоне или торможении) вследствие упругости этой полосы и канатов, осуществляющих перемеще
8.9.1. Длительность сварочного цикла в машине МСО-100.05 в зависимости от
материала и сечения свариваемых полос
Свариваемые полосы		Длительность, с				
Размер сечения, мм	Материал	Тм	Тс	Тт.О	Тп	Тсв
1,8 х 700	Углеродистая низколегированная сталь	47	8	9 20	14	55 66
4 х 1500		47	12	9 30	14	59 80
Условное обозначение длительности:^ - работы механизмов машины; Тс - сварки; Тто - термической обработки шва; Тп - паузы между подачей заднего и переднего концов полосы в сварочную машину; 7^ - сварочного цикла при ТП = 14 с; при Тп > 14 с фактическое (факт.) = Тсъ + (Т^факт - И).
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УЧАСТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ АГРЕГАТОВ ОБРАБОТКИ ПОЛОСЫ 573
ние петлеобразующих тележек. Величина пиковых нагрузок в полосе при переходных процессах в 5 - 15 раз выше номинального натяжения полосы.
В горизонтальных петлевых устройствах необходимо применение автоматически убирающихся устройств, служащих для поддержания ветвей полосы и срабатывающих по мере перемещения петлеобразующих тележек. Практически во всех известных петлевых устройствах имеют место поломки этих устройств или порча ими полосы при их несвоевременном срабатывании.
Спиральный накопитель. В агрегатах для обработки горячекатаных полос более распространены накопители полосы спирального типа (рис. 8.9.15). Ввиду плотной укладки аккумулируемой полосы в виде спиральных колец такие накопители имеют в 10 - 15 раз меныпие габаритные размеры и в 6 - 8 раз меньшую массу, чем петлевые устройства.
В спиральных накопителях значительно меньше динамические нагрузки, действующие на полосу при переходных процессах. Кроме того, отпадает необходимость выполнять устройства для поддержания полосы убирающимися.
Рис. 8.9.15. Спиральный накопитель полосы
Запас полосы в этом накопителе - до 600 м при скорости полосы на входе до 9, и на выходе до 4 м/с.
Спиральный накопитель осуществляет накопление полосы только при наличии в ней натяжения и содержит следующие основные узлы.
Наружный барабан 1 накопителя закреплен на выходном валу привода вращения. На этом барабане по окружности диаметром 5000 мм расположены неприводные опорные ролики 7 диаметром 170 мм, а также отклоняющий ролик 5 диаметром 950 мм с приводом 6. Внутренний барабан 2 - стационарный. На нем по окружности диаметром 2800 мм расположены опорные неприводные ролики 8 диаметром 170 мм. Этот барабан расположен внутри наружного барабана и соосно с ним.
Все ролики наружного и внутреннего барабанов покрыты полиуретаном и имеют длину бочки 1700 мм.
Винтовая проводка 3 расположена внутри внутреннего барабана под углом 16° к его оси в плане и предназначена для вывода полосы из накопителя. На корпусе проводки по винтовой линии с шагом 1976 мм расположены опорные ролики диаметром 160 и длиной бочки 390 мм.
Привод 4 вращения наружного барабана состоит из редуктора и двух электродвигателей Д-812 (#= 75 кВт, п = 515 мин4).
В плане ось выхода полосы из накопителя смещена по отношению к оси входа на 1900 мм.
Принцип работы накопителя следующий. Аккумулируемая полоса наматывается в накопителе на наружный (рулон 9) и внутренний (рулон 10) барабаны. При этом количество витков полосы на обоих барабанах одинаково и зависит от необходимого запаса полосы.
При наборе запаса полосы в накопитель наружный барабан вращается против часовой стрелки. В это время скорость полосы на входе в накопитель V] больше скорости полосы v2 на выходе:
vi > v2.
При установившемся движении, когда V1 ~ v2, наружный барабан неподвижен.
При выборе запаса полосы из накопителя, когда vi < v2, наружный барабан вращается по часовой стрелке.
Натяжение Т полосы на входе в накопитель принимается, исходя из необходимости обеспечить намотку ее на барабаны с минимальным давлением витков друг на друга. Тем самым исключается опасность образования натиров на полосе, а также затяжек полосы, препятствующих скольжению витков друг относительно друга при постепенном переходе
574 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
каждого витка в спиральных рулонах с внешнего диаметра на внутренний.
Необходимое натяжение Т создается и поддерживается с точностью ±10 % при всех режимах входного участка с помощью регулятора натяжения полосы, установленного на входе в накопитель (см. рис. 8.9.14, поз. 14).
На выходе из накопителя полоса вытягивается по винтовой проводке, двигаясь по спирали диаметром 2200 шагом 1976 мм.
Набор и выбор полосы в накопителе осуществляются автоматически, в зависимости от величины и знака разности скоростей полосы на входе и выходе:
Av = Vj -v2.
Автоматическая установка полосы, выходящей из спирального накопителя, по оси агрегата с точностью ±5 мм осуществляется с помощью центрователя (см. рис. 8.9.14, поз. 17). На несущем корпусе центрователя шарнирно закреплена поворотная рама с двумя отклоняющими роликами. Ось поворотной рамы расположена в плоскости набегающей ветви полосы.
Поворот рамы с роликами осуществляется гидроцилиндром на угол 2е 36’ по сигналам фотодатчика, расположенного на выходе из центрователя и контролирующего положение полосы относительно оси агрегата.
Рулонные накопители. Подготовка рулонов к обработке. Увеличение массы исходных рулонов способствует повышению степени непрерывности работы агрегатов. Поэтому при исходных малотоннажных рулонах, имеющих дефектные и некондиционные участки полосы (недокат, рваные кромки и т.д.), перед непрерывными агрегатами большой производительности устанавливают агрегаты предварительной подготовки и укрупнения рулонов. Подготовленные и укрупненные рулоны подают на непрерывный агрегат цеховыми кранами или специальными транспортными средствами.
Фирмой ’’Инноченти" (Италия), с целью исключения крановых операций, предложено перед непрерывными станами холодной прокатки укрупнять рулоны массой до 150 т и подавать их к стану специальными тележками.
Укрупнение рулонов производят сваркой концов и поочередной намоткой на один из двух накопителей. Со второго накопителя разматывают ранее укрупненный рулон в технологическую часть. При этом намотку рулонов на накопитель проводят на скорости большей, чем скорость размотки с другого накопителя.
Выходные участки предназначены для смотки обработанной полосы в рулоны и выдачи их из атрегата. В раде случаев в выходных участках проводят обрезку кромок, промасли
вание, маркировку, контроль качества и вырезку дефектных участков.
В общем случае, на выходных участках непрерывных агрегатов предусмотрено следующее оборудование:
устройства для транспортирования полосы; ножницы для разрезки полосы;
моталки с устройствами для заправки в них переднего конца полосы;
устройства для выдачи рулонов из агрегата.
Особенности конструкции оборудования выходных участков современных агрегатов состоят в следующем.
Для смотки полосы в рулоны применяют моталки с консольными разжимными барабанами. Во многих агрегатах такие моталки выполнены плавающими, т.е. перемещающимися вдоль оси барабана по командам системы слежения за кромкой полосы. В этом случае достигается намотка рулонов с минимальной те-лескопичностью. Иногда, например на агрегатах лужения, с помощью плавающей системы обеспечивается зигзагообразная смотка полосы с чередующимися кольцевыми выступами и впадинами для получения рулонов цилиндрической формы при наличии утолщения покрытия на краях полосы.
В выходных участках непрерывных агрегатов, как правило, применяются две попеременно работающие моталки.
Разрезку полосы на ходу (в том числе -на рабочей скорости полосы в технологическом участке) выполняют с помощью летучих ножниц, вследствие чего исключается необходимость в накопителе полосы между технологическим и выходным участками.
Дисковые ножницы для обрезки кромок зачастую выполняют с поворотными головками, каждая из которых имеет по две пары ножей. Это позволяет сократить до минимума длительность паузы на смену ножей. В ряде агрегатов в ножницах с поворотными головками применяют способ изменения ширины обрезаемой полосы на ходу, который заключается в сочетании поворота суппортов с их смещением поперек полосы.
Установки для уборки рулонов содержат машины, обвязывающие рулоны по окружности (а при необходимости - и по радиусу), а также весы для регистрации массы готовых рулонов.
Выходной участок разработки СФ ВНИИМЕТМАШ для непрерывных травильных агрегатов приведен на рис. 8.9.16. После прохождения технологической части 1 полоса посредством центрователя 2 направляется в дисковые ножницы с боковым смещением ±2,5 мм.
ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ УЧАСТКИ НЕПРЕРЫВНЫХ АГРЕГАТОВ ОБРАБОТКИ ПОЛОСЫ 575
Рис. 8.9.16. Схема выходного участка непрерывного травильного агрегата
Дисковые ножницы 3 с поворотными головками выполнены неприводными и резка в них осуществляется в результате протяжки полосы.
На входе в дисковые ножницы установлены пережимные ролики, предназначенные для стабилизации полосы в зоне резания и придания ей поперечной устойчивости.
Кромкокрощительные ножницы 4 выполняют резание эллипсовидными ножами.
Системой конвейеров осуществляется подача обрези в железнодорожные вагоны или короба.
Тянущая станция 5 5-образного типа с роликами, покрытыми полиуретаном, предназначена для транспортирования полосы в выходном участке агрегата с заданным натяжением и скоростью.
Пятироликовая правильная машина 6 служит для правки рулонной кривизны в полосе перед летучими барабанными ножницами.
Промасливающая машина 7-валкового типа с приводными роликами диаметром 290 мм из нетканого синтетического материала проводит нанесение консервационного слоя масла на поверхность травленой полосы. Ролики из синтетического нетканого материала имеют высокую износостойкость и обеспечивают равномерное нанесение масла в количестве 8-10 г/м2 поверхности полосы.
Летучие барабанные ножницы 8 разрезают полосы перед моталками, вырезают сварные швы и выполняют разрезку участков полосы с дефектами, выявившимися после травления, на листы длиной 2 м. Скорость разрезки до 4 м/с. На выходе из ножниц установлен укладчик 9 некондиционных листов.
Две плавающие моталки 11с консольными разжимными барабанами диаметром 610 мм, предназначенные для намотки рулонов массой до 25 - 30 т, установлены на расстоянии 4000 мм друг от друга.
Подающие ролики 10 направляют передний конец полосы в соответствующую моталку, при этом ролики перед первой моталкой снабжены качающейся стрелкой для изменения направления движения переднего конца полосы.
Роликовые захлестыватели 12 необходимы для заправки на барабаны моталок переднего конца полосы, движущегося на скорости до 4 м/с.
Уборка рулонов из агрегата осуществляется:
разгрузочными тележками 13 с подъемными столами для съема рулонов 14 готовой полосы (рис. 8.9.17) с барабанов моталок;
передаточной тележкой 15 на две позиции, перемещающейся вдоль фронта участка моталок на 2000 мм. На этой тележке в верхней части предусмотрены ложементы для рулонов;
уборочным конвейером 16 шагающего типа, расположенным перпендикулярно оси агрегата.
На уборочном конвейере установлены последовательно машина 17 (см. рис. 8.9.17) для обвязки рулонов по окружности и тензо-весы для взвешивания рулонов перед выдачей их из агрегата.
При уборке рулонов выполняются следующие операции:
передаточная тележка устанавливается одним ложементом против моталки, на которую намотан рулон; второй ложемент тележки в этом случае расположен вдоль уборочного конвейера;
разгрузочная тележка с помощью подъемного стола снимает рулон с барабана моталки и укладывает его на передаточную тележку. Одновременно балка уборочного конвейера снимает рулон со второго ложемента передаточной тележки;
576 Глава 8.9. АГРЕГАТЫ ТРАВЛЕНИЯ ЛИСТОВОГО ПРОКАТА И НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
Рис. 8.9.17. Схема участка моталок (вид А на рис. 8.9.16)
разгрузочная тележка возвращается в исходное положение, а передаточная тележка перемещается на шаг 2000 мм. При этом один ложемент (с рулоном) устанавливается против уборочного конвейера, второй ложемент -против другой моталки; при съеме рулона с этой моталки и укладки его на ложемент передаточной тележки уборочный конвейер забирает с передаточной тележки рулон, намотанный на первой моталке;
передаточная тележка возвращается в первоначальное положение, и цикл уборки рулонов повторяется.
Для обеспечения на позициях передачи рулонов взаимодействия разгрузочных тележек 13 и балки уборочного конвейера 16 с передаточной тележкой 15 в последней предусмотрены вырезы 18 (см. рис. 8.9.17), в которые заходят штоки гидроцилиндров подъемных столов и балка уборочного конвейера.
Пропускная способность входных и выходных участков. При расчете часовой производительности непрерывных агрегатов определяют пропускную способность входного, технологического и выходного участков. Минимальная пропуская способность одного из этих участков определяет производительность агрегата в целом.
Пропускная способность входного участка (т/ч) для каждого профилеразмера полосы определяется по формуле
а вх ЗбООтЯдх лчас/ ~ уг > 2вх
где Швх - единичная (штучная) масса исходных рулонов, поступающих во входной участок агрегата, т; - длительность цикла подготовки, сварки и размотки исходного рулона в агрегате, с.
В соответствии с тахограммой работы входного участка (рис. 8.9.18, а) длительность цикла
6 Т’вх /=1
где /1 - время разгона полосы до v^x, с;
vmax " скорость полосы на входном участке при наборе запаса в накопителе, м/с; -время (с) соответственно набора полосы в накопителе на скорости vj^ax, замедления входного участка до скорости vT технологического участка, размотки рулона на скорости vT, торможения входного участка, подготовки и сварки концов полосы, включая время подачи их к сварочной машине.
Аналогичным образом определяют пропускную способность выходного участка, т/ч:
а вых _ 3600/литдх ^час/ ~ j, 9
1 вых
где Штп - штучная масса рулонов, наматываемых в выходном участке, т; Т^ых - длительность цикла намотки рулона в выходном участке, включая время на резку и заправку полосы на моталки (рис. 8.9.18, б), с.
Среднюю расчетную пропускную способность (т/ч) входн.ого или выходного участка рассчитывают по формуле
А	100
^нас.ср “ г	>
Е/-
/=1 лчас/
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
577
Рис. 8.9.18. Тахограммы работы входного (а) и выходного (б) участков агрегата: скорости полосы, м/с: vmax " 1,3 входном участке при наборе запаса полосы в накопителе; vT - в технологической части агрегата; vm5 " и® выходном участке при выборе запаса полосы из накопителя; v3 - разрезки и заправки на моталку выходного участка полосы
где jt - доля определенного профилеразмера в годовом объеме производства, %; г - число расчетных профилеразмеров полосы; / - порядковый номер профилеразмера; t -пропускная способность входного или выходного участка для рассчитываемого профилеразмера, т/ч.
Рассмотренные входные и выходные участки предназначены для установки в высокопроизводительных непрерывных агрегатах.
В агрегатах небольшой производительности, допускающих остановку полосы в технологической части, входные и выходные участки могут иметь, соответственно, по одному разматывателю и моталке.
19 Зак 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Богорад Л. Я. Хромирование. Л.: Машиностроение, 1984.
2.	Виткин А. И., Тейцди И. И. Металлические покрытия листовой и полосовой стали. М.: Металлургия, 1971.
3.	Вячеславов П. М. Электролитическое осаждение сплавов. Л.: Машиностроение, 1971.
4.	Ильин В. А. Цинкование, кадмирование, оловянирование и свинцевание. Л.: Машиностроение, 1983.
5.	Королев А. А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. М.: Металлургия, 1985.
6.	Левит В. М. и др. Рулонные накопители полосы в непрерывных агрегатах отделки / Под ред. В. И. Дунаевского // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1979. № 59. С. 39 - 44.
7.	Лукомский Ю. А. Гальванические и лакокрасочные покрытия на алюминии и его сплавах. Л.: Химия, 1985.
8.	Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х т. М.: Металлургия, 1987 - 1988. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката / А. И. Целиков, П. И. Полухин, В. М. Гребеник и др. 1988. 680 с.
9.	Оратовский Е. Л., Сафонова М. К. Модернизация станов холодной прокатки за рубежом // Черная металлургия, 1985. Вып. 8 (988).
10.	Проскурин Е. В., Попович В. А., Мороз А. Г. Цинкование: Справочник. М.: Металлургия, 1988.
11.	Химич Г. Л. Механическое оборудование цехов холодной прокатки. М.: Машиностроение, 1972.
12.	Черкез М. Б. Хромирование. Л.: Машиностроение, 1971.
13.	Шлутер М. А. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1981.
14.	Якубовский О. Н., Парамонов В. А., Сторожева Л. М. Автомобильный лист с коррозионно-стойкими покрытиями. Состояние и перспективы внедрения / Автомобильная промышленность, 1989. № 12. С. 5 - 6.
15.	Ямпольский А. М. Меднение и никелирование. Л.: Машиностроение, 1977.
16.	Adaniga Т. And oth. Zinc-iron Alloy Electroplating on Strip Steel // Plating and Surface Finishing. August, 1985. P. 52 - 56.
17.	Sadana Y. N., Znang Z. Developments in Alloy Plating During 1986 // Metal Finishing: Lauiention University, Canada. October, 1987. P. 49 - 58.
18.	Weymeersch A. High-Current-Density Electro-plating of Zink-Nickel and Zinc-iron Alloys // Plating and Surface Finishing. July, 1986. P. 68 - 73.
578
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Глава 8.10
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ, СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛЬНЫХ ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ
8.10.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Волочением называют способ обработки металла давлением, при котором заготовка в виде полосы протягивается (проволакивается) через инструмент. Поперечное сечение канала волочильного инструмента плавно уменьшается от входа к выходу протягиваемой полосы, и сечение выхода всегда меньше сечения заготовки. Поэтому, проходя через волоку, полоса деформируется, приобретая форму и размеры наименьшего сечения канала. Длина полосы увеличивается прямо пропорционально уменьшению сечения.
Волочение применяют для производства следующих изделий:
профилей большой длины и малых сечений различной формы с отношением ширины к толщине поперечного сечения, не превышающим двенадцати, называемых проволокой',
профилей средних и больших сечений разной формы с отношением ширины к толщине поперечного сечения до двадцати, а также при необходимости получить высокую точность и чистую поверхность;
полых профилей (труб) разных форм и сечений, особенно тонкостенных.
Машины для выполнения операции волочения называют волочильными станами, два. основных элемента которых - волока и тянущее устройство.
Волоки. По конструкции и назначению волоки могут быть монолитными, сборными, составными, а также роликовыми с расположением роликов в одной и двух плоскостях.
Монолитные волоки (рис. 8.10.1) применяют для волочения проволоки, прутков, труб и фасонных профилей из стали и цветных металлов.
Рис. 8.10.1. Монолитная волока:
1 - пруток; 2 - волока; Dh и - соответственно начальный и конечный диаметры прутка; А - длина калибрующего пояска; а - угол рабочего конуса волоки; <3q и Къ - натяжения соответственно заднего натяжения и волочения
Сборные волоки (рис. 8.10.2) используют в основном при волочении проволоки из стали и высокопрочных сплавов. В этом случае высокая стойкость инструмента обеспечивается гидродинамической подачей технологической смазки в зону деформации.
При производстве фасонных профилей из меди • используют составные (рис. 8.10.3) волоки из отдельных твердосплавных пластин собранных таким образом, что они образуют рабочий канал волоки. Конструкция позволяет изменять размеры волоки, и тем самым, компенсировать износ.
Для увеличения производительности процесса и стойкости волок снижают силы контактного трения в зоне деформации, особенно при волочении фасонной проволоки и профилей. В этих целях применяют роликовые волоки (рис. 8.10.4), рабочие ролики 1 которых расположены в станине 4 таким образом, что образуемый ими калибр может регулироваться перемещением с помощью нажимных винтов 3 подушек 2.
Для волочения проволоки и прутков круглого сечения используют волоки, состоящие из двух пар роликов, расположенных последовательно и повернутых на 90е друг относительно друга. Первая пара формирует круглую заготовку в овал, а вторая - из овала в круг (рис: 8.10.5)
Ряс. 8.10.2. Сборная волока:
1 и 2 - волоки соответственно рабочая и нагнетательная; 3 - цанга; 4 - корпус; 5 - гайка;
6 и 7 - прокладки
Рис. 8.10.3. Составная волока:
1 - корпус; 2 - вкладыш; 3 - нажимной винт
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
579
Рис. 8.10.4. Роликовая волока "Frohling"
Рис. 8.10.5. Роликовая волока (в) для круглой проволоки и схема волочения в этой волоке (б):
1 и 2 - ролики соответственно с горизонтальными и вертикальными осями; J-заготовка; 4м 5- сечения заготовки после волочения, соответственно овал и круг; 6 - направление волочения
Тянущие устройства предназначены для сообщения обрабатываемому материалу движения через волоку. Их конструкция определяет конструкцию волочильных станов. Различают станы с прямолинейным движением обрабатываемого металла (цепные, реечные, винтовые, гусеничные и др.) и с наматыванием металла на барабан (барабанные, а также однократные и многократные.
Станы многократного волочения подразделяют на работающие со скольжением и без скольжения. В свою очередь, многократные станы, работающие без скольжения, могут быть с накоплением готовой продукции, петлевыми, .прямоточными, комбинированными и многониточными.
8.10.2.	ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
Станы однократного волочения. Волочильные однократные станы барабанного типа применяют в основном для волочения из черных и цветных металлов проволоки диаметром 0,2 - 40 мм, профилей и труб. В качестве технологической смазки используют жидкие, пластичные или твердые смазочные материалы.
Волочильный барабан в стане может быть расположен как вертикально, так и горизонтально.
Волочильный стан БГ-1/1000 предназначен для холодного волочения проволоки из круглой заготовки диаметром 16 -32 мм (временное сопротивление материала заготовки 400 - 800 МПа) с последующим накоплением готовой продукции в бунты массой до 2000 кг и представляет собой однобарабанный блок с горизонтально расположенным барабаном. Приводом барабана является электродвигатель постоянного тока мощностью 160 кВт и коническо-цилиндрический трехступенчатый редуктор, что обеспечивает плавное регулирование скорости волочения в диапазоне 0.5 - 2,0 м/с. Стан оборудован прижимными роликами, удерживающими проволоку от распушивания во время волочения по мере наполнения барабана и при обрыве.
В зависимости от технологии волочения а качестве технологической смазки используют масляную эмульсию (если на стане установлен гчдропроталкиватель) или сухой мыльный порошок (если на стане установлена мыльница). При работе с мыльницей волока охлаждается проточной водой.
В табл. 8.10.1 приведены технические характеристики станов, выпускаемых фирмой "Кох** (Германия).
19*
580
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
8.10.1. Технические характеристики горизонтальных однократных станов KHZ
Типоразмер стана (сила волочения, кН)
	50	80	100	150	200	250	320
Максимальный диаметр заготовки, мм, при временном сопротивлении ее материала, МПа:							
450	16,0	19,0	22,0	27,0	32,0	36,0	40,0
600	15,0	18,0	20,0	25,0	28,0	32,0	36,0
800	13,0	16,0	18,0	22,0	25,0	28,0	32,0
Максимальное обжатие за переход, %	25	22	20	18		1	6
Диаметр барабана, мм	750			900		1	1000
Мощность привода, кВт	75	90	110			135	
Скорость волочения, м/с	1,2	1,0	0,9	1 0,6	0,55	0,43	0,34
Волочильный стан СВ-1/550 предназначен для однократного волочения без скольжения стальной проволоки из катанки и представляет собой однобарабанный блок с вертикально расположенным барабаном. Барабан приводится во вращение электродвигателем с фазовым ротором через коробку скоростей и коническую передачу, которые расположены в общей станине. Между электродвигателем и станиной установлено тормозное устройство.
Захват остреного конца проволоки выполняется съемными заправочными клещами. Протянутая проволока скапливается на барабане в виде бухты. После остановки стана бухта снимается с барабана грейфером и передается на упаковку. В зависимости от сечения и качества протягиваемого материала однократные волочильные станы изготовляют с силой волочения 3,0 - 300 кН при скорости волочения 0,3 - 5 м/с.
Диаметр волочильного барабана зависит от условий образования бухты проволоки после волочения. Суммарные напряжения в проволоке от силы волочения и изгиба на барабане не должны превышать временного сопротивления материала, чтобы не вызывать обрывов. Однако напряжения должны превышать предел упругости, чтобы при намотке на барабан происходила пластическая деформация проволоки, обеспечивающая сохранение бухты при окончании волочения или остановке стана. Формирование бухты происходит на рабочем участке барабана (рис. 8.10.6) потяжен-ность которого зависит от диаметра барабана и составляет 30 - 150 мм. Нормальный ряд диаметров барабанов однократных волочильных станов приведен в табл. 8.10.2.
Скорость волочения зависит от ряда факторов: от свойств материала проволоки, качества подготовки ее поверхности, конструкции стана, качества технологической смазки и др. Современные однократные волочильные станы оборудованы системами водяного охлаждения барабана и волокодержателя.
Привод стана осуществляется от электродвигателя постоянного или переменного тока, который обеспечивает:
запуск стана на ползучей скорости и плавный переход на рабочую скорость, что позволяет избежать динамических нагрузок на проволоку, приводящих к ее обрыву, и работу толчками при заправке стана;
Рис. 8.10.6. Профиль волочильного барабана

ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
581
8.10.2. Нормальный ряд диаметров барабанов и основные параметры станов однократного волочения [3]
Диаметр, мм			Временное сопротивление материала заготовки, МПа	Скорость волочения, м/с
барабана	готовой проволоки	заготовки		
	наибольший			
1000	38	40	400	0,5 - 2,0
	25	27	1500	
750	20	22	800	
650	8	12	1100	1,1 - 3,5
550	6	8		1,5 - 5,0
450	4,0	6	1200	1,5 - 4,5
350	1,6	3	1400	
250	0,8	2	1600	
200	0,4 Наименьший 0,2	1,2	2000	
аварийную остановку стана во избежание несчастных случаев;
плавный, но быстрый разгон стана с заправочной скорости на рабочую, а также регулировку скорости волочения в зависимости от протягиваемого материала в целях максимального использования производительности стана.
Двухкратные станы. Для увеличения производительности и экономии производственной площади станы однократного волочения оснащают двухступенчатыми барабанами, что превращает стан в двухкратный. Первая ступень барабана имеет диаметр, меньший чем диаметр второй ступени, поэтому обжатие или вытяжку проволоки производят с учетом отношения диаметров ступеней. Учитывая износ волок, вытяжку принимают на 1 - 2 % больше расчетной, поэтому на первой ступени происходит проскальзывание проволоки по барабану.
При необходимости работы в широком диапазоне обжатий без скольжения применяют дифференциальные машины двухкратного волочения с двумя волочильными барабанами, установленными соосно. Ось верхнего барабана проходит сквозь полую ось нижнего. Барабаны соединены между собой дифференциальным приводом, выравнивающим скорости вращения в соответствии с заданным обжатием проволоки.
Многократные волочильные станы - это машины, на которых обрабатываемая полоса для увеличения вытяжки одновременно протягивается через несколько волок, расположенных последовательно перед тянущими устройствами. Полоса, выходя из волоки, на
матывается на тянущий барабан и одновременно сматывается с него, поступая в последующую волоку (рис. 8.10.7).
Кратность волочения зависит от протягиваемого материала, конечных размеров изделия и требований к нему. На практике применяют 2 - 30-кратное и более волочение.
Многократное волочение может быть со скольжением полосы по поверхности тянущего барабана и без него, поэтому машины многократного волочения подразделяют на две подгруппы: машины со скольжением проволоки и машины без скольжения проволоки. Каждая из подгрупп имеет свои положительные и отрицательные особенности конструкции, оказывающие большое влияние на технологию волочения и определяющие свои области применения.
Многократные станы, работающие со скольжением. Для нормальной работы многократного волочильного стана необходимо, чтобы через каждую его волоку в единицу времени проходили равные объемы обрабатываемого металла, т.е. FjVj = = F2V2 = F3v3 = ... = FnNn = const, где Fn -площадь сечения проволоки, выходящей из волоки со скоростью Nn. Несоблюдение этого равенства приведет либо к обрыву проволоки, либо к ее накапливанию и запутыванию. Отсюда следует, что V] < V2 < V3 < ... < vn. У стана ступенчатого типа (рис. 8.10.8) скорость волочения на каждом последующем переходе увеличивается в результате увеличения диаметров тянущих шайб.
582
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.10.7. Схема стана многократного волочения со скольжением:
Z, 2, 3,.п - 3, п - тянущие барабаны; 4 и 5 - устройства соответственно прямое (катушка) и разматывающее (неприводная фигурка)
U5	1012 11 /J
Рис. 8.10.8. Схема волочильного стана ступенчатого типа:
1 - 13 - волоки по переходам
Увеличение скорости наматывания проволоки на каждый из последующих барабанов (см. рис. 8.10.7) обеспечивается соответствующим подбором передаточного числа шестерен группового привода. Обычно такие машины конструируют с отношением скоростей соседних промежуточных шайб в пределах 1,15 -1,35. Отношение скоростей двух последних шайб уменьшают до 1,05 - 1,15, чтобы обеспечить на чистовых переходах возможность применения малых (калибровочных) вытяжек.
При заправке на барабаны наматывают по несколько витков. Во время работы стана при каждом обороте барабана на него один виток проволоки наматывается и одновременно один виток сматывается, что обеспечивает постоянное число витков на барабане. Готовая проволока поступает либо на барабан л, либо на катушку 4.
Назначение каждого промежуточного барабана - создать необходимую тяговую силу, или силу волочения Р, что возможно только при условии приложения к сбегающей проволоке заднего натяжения Q, обеспечивающего возникновение силы контактного трения между проволокой и барабаном.
Контактное трение обеспечивается только в том случае, когда окружная скорость тянущего барабана выше скорости проволоки,
т.е. когда барабан будет проскальзывать внутри витков проволоки.
Натяжение Q определяют из уравнения для сил, действующих в набегающем и сбегающем участках гибкого тела при трении его о цилиндрическую поверхность:
® “ А2лт/' ’
где Р - сила волочения на переходе; е - 2,718; т - число витков проволоки на барабане;
коэффициент трения между проволокой и барабаном; f - 0,1 - 0,18.
На практике обычно число т витков равно: 3-4 при грубом волочении; 2 - 3 при среднем волочении; 1 - 2 при тонком и тончайшем волочении.
Момент привода промежуточного барабана

1 d
e2xmf J 2 ’
где d - диаметр барабана.
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
583
Многократные волочильные станы со скольжением изготовляют как с вертикальными, так и с горизонтальными осями барабанов. Их применяют для волочения проволоки из цветных металлов и стали. Скорости волочения зависят от диаметра и материала проволоки (табл. 8.10.3).
8.10.3.	Скорости волочения проволоки
Тип проволоки	Диаметр, мм	Скорость волочения, м/с, при материале проволоки	
		Сталь	Медь
Толстая	6- 16	2,5 - 10	5- 18
Средняя	1,6-6		
Тонкая	0,3 - 1,6	5,0 - 25	30-80
Тончайшая	До 0.3		
При высоких скоростях волочения возникает необходимость интенсивного охлаждения проволоки, барабанов и волок, так как высокие температуры ухудшают качество проволоки, увеличивают износ волок и барабанов, повышают обрывность проволоки. Поэтому на станах со скольжением в качестве технологической смазки применяют водные эмульсии или жидкие минеральные масла с активными добавками, обладающие хорошей теплоемкостью, благодаря чему станы этого типа называют также станами мокрого золочения. Волочение проволоки диаметром 1,0 - 0,05 мм и менее целесообразно проводить на станах ступенчатого типа (см. рис. 8.10.8).
На четырех шпинделях собрано по три тянущих барабана (шайбы), перед которыми установлены волоки 1 - 12. Чистовая волока 13 расположена перед чистовым барабаном. Конструкция проста и компактна, но требует тщательного подбора диаметров тянущих шайб и размеров волок. Машины этого типа получили наибольшее распространение.
Волочильные станы с планетарными передачами, расположенными в тянущих шайбах (рис. 8.10.9) применяют, главным образом, на кабельных заводах для волочения проволоки из цветных металлов.
Компактность конструкции, при одинаковом диаметре всех тянущих шайб, достигается размещением всех планетарных зубчатых передач внутри шайб. Двухшпиндельная конструкция обеспечивает двадцать один переход волочения, четырехшпиндельная - до тридцати трех переходов.
Рис. 8.10.9. Тянущая ваМа "Nieheff М 315м
Передаточные числа / между соседними шайбами на одном шпинделе равны X2, где X -вытяжка на каждом переходе волочения. Число зубьев шестерен планетарной передачи определяется уравнениями
Z1 = Z2(i -1);
zo
Станы многократного волочения без скольжения. Недостаток станов со скольжением - быстрый износ тянущих барабанов (шайб) при волочении проволоки из высокопрочных металлов и образование дефектов поверхности на проволоке из низкопрочных пластичных металлов. Этот недостаток можно устранить, доведя скорости проволоки и барабана до практически полного совпадения.
Волочильные станы магазинного типа. Схематично устройство машины магазинного типа показано на рис. 8.10.10. Для исключения возможности проскальзывания тянущих барабанов на каждом из них намотано не менее десяти - двенадцати витков проволоки.
Стан состоит из четырех барабанов, перед каждым из которых закреплен волокодер-жатель. С барабана на последующий барабан проволока передается через ролик проводко-вого устройства, установленного на всех барабанах, кроме чистового, оборудованного съемным устройством. Проводковые устройства имеют приспособления для притормаживания проволоки во избежания ее произвольного разматывания от действия центробежных сил. Это устройство обеспечивает независимость намотки проволоки от ее смотки с барабана.
При равенстве скоростей намотки и смотки проволоки с барабана число витков на нем остается постоянным и проволока не закручивается вокруг своей оси. Превышение скорости смотки над скоростью намотки вызывает закручивание проволоки вокруг своей оси тем больше, чем больше разница скоростей. Отставание скорости смотки приводит к накапливанию проволоки на барабане и ее закручивание в противоположном направлении.
584
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.10.10. Схема волочильного стана магазинного типа:
7 - во л око держатель; 2 - барабан; 3 - бегунок; 4 - обводной ролик; 5 - привод барабана, 6 - чистовой барабан; 7 - грейфер
Рис. 8.10.11. Стан DHGE 71350 со сдвоенными барабанами для волочения проволоки из низкоуглеродистой стали:
1 - блок стана; 2 - нижний барабан; 3 - фрикционное кольцо; 4 - верхний барабан;
5 - направляющие ролики; 6 - волокодержатель; 7 - чистовой барабан; 8 - грейфер
На практике скорость намотки не должна превышать скорость смотки более чем на 10 %, что при работе стана обеспечивает медленное накопление проволоки на барабанах. При накоплении максимально допустимого количества проволоки на барабане его выключают и сматывают излишки проволоки на последующий барабан, после чего опять включают.
Возможность накапливания проволоки на каждом из барабанов является основанием называть такие барабаны магазинными.
Недостатки машин:
перекручивание проволоки, что делает невозможным их применение для волочения фасонной проволоки;
сложный путь перехода проволоки от волоки к волоке, приводящий к ограничению скорости волочения до 10 м/с и затрудняю
щий применение стана для волочения тонкой проволоки.
Вместе с тем, кроме отсутствия скольжения, станы с накоплением обеспечивают:
хорошее охлаждение проволоки, особенно при работе на сухой технологической смазке;
практическое отсутствие заднего натяжения и возможность вести многократное волочение с минимальной дробностью деформации.
Станы со сдвоенными барабанами. Для устранения скручивания проволоки при волочении на станах с накоплением были разработаны конструкции барабанов, свободные от этого недостатка.
Стан (рис. 8.10.11) собирается из отдельных блоков с индивидуальным приводом барабанов. Число блоков определяет кратность стана. Особенностью конструкции является
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
585
установка на каждом шпинделе двух барабанов -один над другим. Нижний барабан 2 (рис. 8.10.12) установлен на шпонке 5, верхний 4 - на подшипниках качения 6, что обеспечивает свободное вращение барабана относительно шпинделя. Верхний и нижний барабаны разделены фрикционным кольцом 3 с направляющим роликом 7. Под действием сил трения о шпиндель фрикционное кольцо стремится вращаться одновременно с нижним барабаном, переводя роликом проволоку с нижнего барабана на верхний. Направления намотки проволоки на нижний и верхний барабаны противоположны. Схема намотки проволоки, вращение барабанов навстречу Друг другу, различные скорости вращения фрикционного кольца с роликом позволяют считать конструкцию дифференциальным механизмом.
Проволока поступает к нижнему барабану через волоку 1. После накопления необходимого запаса проволоки на нижнем и верхнем барабанах проволока с верхнего барабана по направляющим роликам 8 передается в волоку 9 следующего перехода волочения. Барабан оборудован путевыми выключателями, автоматически останавливающими или запускающими блок при максимальном и минимальном количествах проволоки на барабане.
Недостатки станов:
многократный перегиб проволоки на роликах, затрудняющий заправку стана, особенно при волочении толстой проволоки;
перегрев и износ фрикционного кольца на чистовых переходах, что ограничивает скорость волочения (15-20 м/с).
Преимущества:
возможность волочения фасонной проволоки, так как нет ее скручивания;
удобство обслуживания стана - можно снимать готовую проволоку с чистового барабана или перезаправлять приемную катушку без остановки стана;
простота конструкции стана, позволяющая использовать для привода электродвигатели переменного тока.
Рис. 8.10.12. Схема устройства сдвоенного барабана
Станы многократного волочения, работающие с противонатяжением. Необходимость в устранении скольжения проволоки по барабанам, увеличении скорости волочения и стойкости волок привели к созданию станов многократного волочения, работающих с противонатяжением. Отличительным признаком машин этого типа является индивидуальный привод каждого из барабанов от электродвигателей с регулируемой скоростью.
Автоматическое регулирование скоростей электродвигателей осуществляется с помощью натяжных роликов, установленных между барабанами. Переходя с барабана на барабан, проволока огибает натяжной и направляющий ролики, образуя петлю. При рассогласовании скоростей барабанов петля удлиняется или укорачивается, перемещая натяжной ролик, которой механически связан с датчиком (сельсином или реостатом), воздействующим на силу тока в обмотке возбуждения электродвигателя предыдущего блока. Приводом станов этого типа может служить источник постоянного тока с нерегулируемым напряжением, мотор-генераторная установка с регулируемым напряжением или тиристорные выпрямители. При механическом регулировании скорости барабанов используют вариаторы, управляемые натяжными роликами.
Силу натяжения проволоки регулируют поджатием пружины узла автоматического регулирования скорости, на котором расположен натяжной ролик. Конструкция узла выполнена в виде рычажной системы таким образом, чтобы сила натяжения проволоки не менялась более чем на 10 % при изменении силы действия пружины и длины петли. Сила натяжения проволоки является противонатяжением для последующего перехода и обычно составляет 10 - 30 % силы волочения.
При работе стана на его барабанах находится всего несколько витков проволоки, поэтому при скорости волочения до 20 м/с время охлаждения недостаточно для отвода теплоты. В целях интенсификации охлаждения проволока обдувается воздухом от вентилятора, а барабаны изнутри омываются водой. Кроме того, на всех переходах предусмотрено водяное охлаждение рабочих волок.
Стан снабжен системой барьерных и конечных выключателей, облегчающих обслуживание стана и его автоматическую остановку при обрыве проволоки или ее запутывании на отдающем устройстве.
Преимущества станов петлевого типа, работающих с противонатяжением:
при переходе с барабана на барабан проволока не закручивается вокруг своей оси;
осуществляется автоматическое регулирование скоростей барабанов, создающее проти-вонатяжение проволоки, что улучшают ее ка
586
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
чество, и обеспечивающее увеличение производительности;
обеспечивается безопасность обслуживающего персонала при обрывах, так как отсутствует съем проволоки через верхнюю часть барабанов.
Недостатки:
натяжные и направляющие ролики затрудняют заправку стана особенно толстой высокопрочной проволокой;
рычажно-пружинная система не обеспечивает широкого диапазона регулирования противонатяжения;
натяжные и направляющие ролики создают дополнительные перегибы проволоки.
Беспетлевые станы (прямоточные). В отличии от станов петлевого типа, на прямоточных станах противонатяжение создается с помощью электродвигателей, и поэтому регулируется в широких пределах. При волочении проволоки из углеродистой стали противонатяжение обычно не превышает 10 - 15 % силы волочения, в то время как для проволоки из коррозионно-стойкой стали противонатяжение составляет 30 % и более.
Устранение из конструкции стана натяжных и направляющих роликов не только облегчает его заправку, но и делает применение противонатяжения предпочтительным при волочении некоторых видов проволоки, например порошковой.
На рис. 8.10.13 приведен стан ВПТ-5/750, предназначенный для волочения без скольжения с противонатяжением высокоуглеродисо-той стальной проволоки диаметром 3,6 - 6,0 мм из заготовки диаметром 8 - 12,0 мм (сгв материала заготовки 1000 - 1400 МПа). Барабаны диаметром 750 мм имеют индивидуальный привод - электродвигатель постоянного тока и две пары цилиндрических колес. Якоря электродвигателей блоков соединены в электрической схеме последовательно, что обеспечивает распределение нагрузки на них пропорционально тянущему моменту на каждом барабане. Моменты подбирают таким образом, чтобы каждый последующий электродвигатель помогал предыдущему. Разница величин моментов определяет противонатяжение.
Во всех блоках смонтированы тормозные устройства, притормаживающие неработающие электродвигатели в период заправки стана. На плитах всех блоков установлены гидравлические прижимы, удерживающие проволоку от распушивания при заправке стана.
Чистовой блок снабжен двухступенчатым барабаном, обе ступени которого имеют один и тот же диаметр 750 мм, что позволяет проводить рихтовку готовой проволоки на специальном рихтовальном устройстве перед намоткой ее в мотки или на катушку на намоточном аппарате.
В табл. 8.10.4 приведены основные характеристики станов, изготовленных АЗТМ*.
Дальнейшее развитие конструкции прямоточных станов направлено на интенсификацию процесса волочения в основном за счет улучшения охлаждения проволоки. Станы оснащают системами воздушно-водяного охлаждения не только барабанов, но и непосредственно проволоки.
Отличительные особенности конструкции стана фирмы "Херборн - Брайтенбах" (Германия) - увеличенная длина барабанов и установка блоков под углом к горизонтальной оси (рис. 8.10.14). Размещение на барабанах по тридцати - сорока витков дает возможность хорошо охладить проволоку, а наклон барабанов позволяет проволоке без перегибов поступать на следующий переход. Интенсивное охлаждение барабана и волокодержателей осуществляется водой. В первом блоке предусмотрен барабан для работы с накоплением, поэтому можно выполнить сварку заготовки без остановки стана.
Развитие технологии волочения, инструмента и смазок позволило создать компактное, высокопроизводительное и достаточно простое оборудование для волочения в несколько ниток проволоки из меди и медных сплавов. Эти машины работают со скольжением и конструктивно- отличаются тем, что на приводном валу вместо одной шайбы закреплены две или три. Скорость волочения на этих машинах 10 - 15 м/с.
Многониточное волочение успешно применяют на кабельных заводах при производстве тонкой и тончайшей проволоки на агрегатах, совмещающих волочение, отжиг и изолирование. В этом случае скорость волочения ограничивается скоростью смежной операции.
Поточные линии волочения проволоки применяют с целью увеличения производительности труда и снижения затрат на транспортирование полуфабриката. Линии комплектуются из машин одинаковой пропускной способности. Например, удаление окалины с заготовки и волочение начали совмещать только после создания оборудования для механического удаления окалины, равного по производительности волочильному стану.
На стане ВМЭП-6/350 АЗТМ для производства сварочной порошковой проволоки совмещены операции размотки ленты, ее формовки в оболочку, заполнения оболочки флюсом, шестикратное волочение и смотка готовой проволоки.
♦ Алма-атинский завод тяжелого машиностроения (Казахстан).
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
Рве. 8.10.13. Стан прямоточного волочения ВПТ-5/750:
1 - размоточное устройство; 2 - вентилятор; 3 - волокодержатель; 4 - электродвигатель; 5 - грейфер; 6 - неприводное профилирующее устройство;
7 - рихтовальное устройство; 8 - поворотный кран; 9 - намоточный аппарат: 10- 12- шкафы управления; 13 и 18 - пульт управления;
14 - передвижные гидравлические ножницы; 15 - стеллаж увязки мотков; 16 - стыкосварочные машины; 17 и 20 - острильный станок; 19 - щит приборов; 21 - точило; 22 - чистовой двухступенчатый барабан; 23 - вертикальный тянущий барабан; 24 - блок
8
588
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
8.10.4. Технические характеристики прямоточных станов АЗТМ
Параметр	Стан				
	5/750	3 - 4/550	5 - 6/550	5 - 6/550	6 - 7/350
Максимальный параметр заготовки, мм	8 - 12		7		2 - 3,2
Предел прочности заготовки, МПа	1000 - 1400	300 - 600	700 - 1400	| 300 - 600	400 - 1400
Диаметр проволоки после волочения, мм	3		2-	4,1	0,75 -1,9
Диаметры барабана, мм: одноступенчатого двухступенчатого	750	375/550	550 425/550	375/550	350 240/350
Скорость волочения, м/с	2-5	12,5	11,5	20	
Суммарное обжатие, %	60 - 80			80 - 90	65 - 92
Мощность электродвигателя, кВт		55			20
Число электродвигателей	6	3		5	6
Потребляемая мощность, кВ * А	400	230	400		160
Рис. 8.10.14. Комбинированный стан "Herborn Breitenbah"
Поточные линии, как и станы многократного волочения, оснащают устройствами автоматизации процесса. Широко используют устройства остановки процесса при запутывании или обрыве проволоки, накоплении предельного количества проволоки на барабане или приемной катушке. Предусматривают также блокировку привода и некоторых узлов, исключающую возможность пуска стана при невключенной подаче смазочно-охлаждающих материалов, а также при незакрытом защитном отраждении.
Системы смазывания и охлаждения. На волочильных станах имеются системы подачи смазки к узлам и агрегатам и подачи технологической смазки.
Смазку зубчатых зацеплений привода стана осуществляют, в большинстве случаев, окунанием шестерен в жидкое минеральное масло, залитое в редуктор. При необходимости (высокая скорость, конструктивные особенности и т.п.) применяют систему принудительной смазки передач, состоящую из маслобака, электродвигателя, шестеренчатого насоса, маслопровода и фильтра для очистки масла.
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
589
Стабильность процесса волочения, в значительной мере, зависит от качества технологической смазки, так как 40 % силы волочения затрачивается на преодоление контактного трения, которое не только увеличивает напряжение волочения, но и приводит к износу волок, а также ухудшению качества протянутого металла. Поэтому подбор технологической смазки [5] очень важен и, в ряде случаев, определяет технологию и конструкцию волочильного стана.
Практически вся энергия, затрачиваемая на волочение, преобразуется в теплоту контактного трения и деформации, что приводит к нагреву протягиваемого металла и волоки. Материал нагревается в основном вследствие его деформации.
На современных станах непрерывного волочения стальной проволоки 85 - 90 % теплоты передается проволоке и 10 - 15 % волоке. С увеличением скорости волочения доля теплоты, передаваемая проволоке, увеличивается, поэтому при больших скоростях волочения может ухудшиться смазывание зоны деформации, а в проволоке могут возникнуть отрицательные фазовые и структурные изменения металла.
Для уменьшения нагрева необходимо улучшать условия деформации (подготовка металла к волочению, подбор технологической смазки, совершенствование формы волоки и т.д.) и интенсивно охлаждать проволоку, особенно на станах многократного волочения.
Охлаждающая среда. На станах мокрого волочения, работающих со скольжением, барабаны частично или полностью погружаются в смазочно-охлаждающую жидкость, обычно эмульсию. Применяют также системы охлаждения с подачей жидкости на барабаны и к волокам струями под давлением 0,2 - 0,4 МПа.
На станах, работающих без скольжения, применяют водяное или воздушное охлаждение барабанов изнутри [3], водяное охлаждение изнутри и, одновременно, воздушное снаружи. Барабаны и проволоку обдувают воздухом с распыленной водой. Перед входом в мыльницу последующего перехода проволоку высушивают. Значительно уменьшить температуру проволоки удается накоплением ее на охлаждаемых тянущих барабанах. Чем дольше проволока находится на барабане, тем лучше остывает.
Расчет параметров охлаждающих систем. Количество теплоты (кДж/ч), остающееся в проволоке,
On = qct>
где q - часовая производительность стана кг/ч; с - удельная теплоемкость проволоки, кДж/(кг • °C); t - разность температур готовой проволоки и заготовки, °C.
Поскольку 30 % теплоты отводится обдувкой проволоки и барабанов воздухом и излучением, а 10 % мощности теряется на нагрев волок и считая, что потери теплоты с готовой проволокой составляют примерно 10 %, [3], то количество теплоты, кДж, подлежащее отводу от барабана, может быть определено в виде
2б « 0,5#/, где N - мощность, подводимая к барабану от привода, кВт; t - время, с.
Количество М охлаждающей жидкости, л/ч, для отвода теплоты от барабана
w 3600Сб	1800#
(Т2-Т1)с (Т2-Т1)с’
где и Т\ - температуры охлаждающей воды соответственно на выходе и входе в барабан, °C; с - удельная теплоемкость охлаждающей жидкости, для воды с = 4,19 кДж/кг • °C.
Общий часовой расход воды, л/ч, для охлаждения барабанов
430# Лб гр гр > *2 - Л
где zig - число барабанов; # - мощность, подводимая к одному барабану от привода.
Соответственно, расход воды, л/ч, для охлаждения волок
80#
^В ~ ЛВ	,
72 -у1
где лв - число волок; # - мощность подводимая к тянущему барабану, кВт; Т2 и Т\ - температуры воды на выходе и входе в системе охлаждения волоки.
Расчет параметров волочения. Основные детали волочильных станов рассчитывают на прочность, исходя из максимальных сил, возникающих при разрыве заготовки. При расчете мощности привода и долговечности деталей руководствуются силой волочения.
где - напряжение волочения, Н/мм2; F -площадь сечения полосы на выходе из волоки, мм2.
Напряжение волочения можно рассчитать по формулам И. Л. Перлина [5]:
основной
590
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Г (V Vl	ще *$ср “ среднее значение сопротивления де- К -	!	5 g + 1 j _ 1 **	+	формации в пределах деформационной зоны; 2 (ci +	d	\	)	<т + ст COS2	К I 2 )	~	-	°ср -	2 f	здесь сгв н и к - временное сопротивле- + <Ц I? 1 \гн)	ние материала проволоки соответственно до и после волочения; или упрощенной	а = cos2p(1 + /„ctgOn) - 1, /7 г	,	к-i	где fn и р - коэффициент контактного трения *в = I11 jF’l^cp +/;tgan(‘S'cp ”a?)] + CT?’	и угол трения; (табл. 8.10.5); ап - приведен- к	ный угол; 8.10.5. Расчетные средние значения коэффициента контактного трения fn по нормальному давлению [5]				
Материал протягиваемой заготовки	Состояние материала	Материал волоки		
		Сталь	Твердый сплав	Технический алмаз
Низкоуглеродистые стали	О У	• 0,07 0,06	0,06 0,05	0,05 0,04
Высокопрочные стали	О ГВ	-	0,05 - 0,08 0,13 - 0,18	-
Медь и сплавы на медно-цинковой основе	О У	0,08 0,07	0,07 0,06	0,06 0,05
Бронзы, никель, сплавы на никелевой и медно-никелевой основах	О У	0,07 0,06	0,06 0,05	0,05 0,04
Алюминий	о У	0,11 0,10	0,10 0,09	0,09 0,08
Дуралюминиевые сплавы типа магналий	о У	0,09 0,08	0,08 0,07	0,07 0,07
Титан и его сплавы	о У ГВ	-	0,10 0,08 0,17 - 0,21	-
Цинк и его сплавы	-	0,11	0,10	-
Свинец	-	• 0,15	0,12	-
Вольфрам и молибден	н (до 700 - 900 °C)	-	0,25	0,20
Молибден	X (20 °C)	-	0,15	0,12
Цирконий	О У	-	0,11 - 0,13 0,08 - 0,09	-
Примечания: 1. Волочение проволоки проводится без гидродинамической подачи смазки.
2. Условные обозначения состояний материала: О - отожженный; У - упрочненный; ГВ - горячее волочение; Н - нагретый; X - холодный.
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ БАРАБАННОГО ТИПА
591
(d0 - JQtgg
(do -dj) + 2/Ktga *
[здесь dp и d\ - диаметры проволоки соответственно до и после волочения; a - действительный угол образующей канала (табл. 8.10.6); 4 - длина калибрующего пояска; 4 = = (ОД - l,5)dj;	- напряжение противона-
тяжения, Н/мм2; Fw и FK - площади сечения металла соответственно до и после волочения, мм2;
Расчет силы волочения (Н) стальной проволоки можно выполнить по формуле Р. Б. Красилыцикова [4]
a + P L L
ДО Ус = т—;------>4 и Пц - соответственно
sin(a + р)
конечная и начальная высоты профиля, мм.
Для приближенного расчета напряжения волочения профилей с поперечным сечением сложной формы используют выражение [5]
\	7Н 7К' 7К
\d2 -d2
P = 0’6rf0ir5A‘yT. с-
1 “о
тде р - коэффициент Лоде; П - полусумма начального и конечного контактных периметров; 4.3- длина обжимающей части пластической зоны.
Мощность (кВт) индивидуального привода барабана (тянущей шайбы) волочильного стана
Напряжение волочения прямоугольных профилей рассчитывают по формуле
1020/7 ’
8.10.6. Углы а наклона образующей волочильного канала, применяемые при волочении без принудительной подачи смазки [5]
Материал протягиваемой заготовки	Форма поперечного сечения изделия	Материал волоки	а, ...°
Медноникелевые сплавы, бронзы, среднеуглеродистые стали, медь	Круглые прутки	Сталь	6 - 12
Латунь, дюралюминий, алюминий, никелевые сплавы			12 - 15
Никелевые, медноникелевые сплавы, бронзы, стали высоко- и среднеуглеродистые	Круглая проволока диаметром 0,25 мм	Твердый сплав	6 - 18
Медь, латунь, мягкие стали, алюминий и его сплавы			7 - 9
Свинец и его сплавы			9 - 12
Титан и его сплавы			7 - 16
Вольфрам и молибден (700 - 900 °C)			8 - 10
Цирконий и цирколай			5 - 8
Никелевые, медноникелевые сплавы, бронзы, высоко- и среднеуглеродистые стали	Круглая проволока диаметром 0,25 мм	Технический алмаз	5 - 7
Медь, латунь, мягкие стали, алюминий и его сплавы			6 - 8
Вольфрам и молибден (700 - 900 °C)			7 - 9
Медь, латунь, медно-никелевые сплавы, алюминий и его сплавы	Прутки, проволока некруглого сечения	Сталь	8 - 15
		Твердые сплавы	7 - 14
592
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
где Р - сила волочения, Н; v - скорость волочения, м/с; т] - коэффициент полезного действия блока; ц = 0,85 - 0,92 в зависимости от вида зубчатой передачи.
Мощность (кВт) группового привода стана'.
N _ Plvl + f2v2 + - PnNn 1020TI
где Pj, Р2> •••> ?п ~ сила волочения на каждом переходе, Н; Vj, V2, ...» v„ - скорость волочения на данном переходе, м/с.
Момент, необходимый для вращения барабана (тянущей шайбы) на стане со скольжением,
М -Р
где Рп_\ - сила волочения на данном переходе, Н; е - основание натурального логарифма, е - 2,718; f - коэффициент трения проволоки по барабану; /= 0,10 - 0,18; а - угол охвата барабана проволокой, ...°.
Расчет основных узлов волочильных станов. В стане многократного волочения наибольшие нагрузки воздействуют на два первых блока, так как на них обрабатывается проволока наибольшего диаметра. Исходя из максимальных значений действующих вращающих моментов, на первых блоках определяют требуемые межосевые расстояния зубчатых передач. Расчеты проводят по общепринятым методикам [3], но при этом учитывают нагрузки, возникающие при обрыве проволоки. Особое внимание необходимо обратить на детали, подверженные динамическим нагрузкам, возникающим на высокоскоростных волочильных станах. Межосевые расстояния зубчатых зацеплений на всех блоках стана выполняют одинаковыми с целью унификации оборудования.
8.10.3.	ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Намоточные устройства. Готовую проволоку поставляют заказчику намотанной в мотках, на катушках, барабанах и в контейнерах. Вид намотки зависит от дальнейших операций, которым будет подвергаться проволока.
При производстве тонкой проволоки и проволоки, идущей на дальнейший передел, волочильные станы оснащают катушечными намоточными устройствами. Применение катушек не только облегчает размотку проволоки, но и увеличивает производительность волочильного стана, так как исключает частые его остановки для съема мотка проволоки.
Скорость намотки проволоки на катушку должна быть равна скорости волочения, поэтому по мере заполнения катушки проволо
кой, т.е. увеличения диаметра намотки, скорость ее вращения должна уменьшаться.
На станах тонкого волочения применяют муфты проскальзывания, регулируемые пружинами или сжатым воздухом.
Для намотки проволоки средних диаметров применяют катушки с приводом от фрикционных вариаторов, коробок скоростей, регулируемых электродвигателей и гидродинамических муфт.
Сила намотки Р должна превышать пластический момент на 20 - 25 %, чтобы обеспечить плотную намотку, но не создавать излишних напряжений в катушке и проволоке
_ l,2gTFKn R ’
где Р - в Н; сгт - предел текучести материала проволоки, Н/мм2; Ид - пластический момент сопротивления проволоки, мм3; R - радиус брюшка катушки, мм.
Равномерная раскладка витков проволоки на катушке обеспечивается перемещением либо проволоки вдоль оси катушки, либо самой катушки. На рис. 8.10.15 показано намоточное устройство с направляющей вилкой, совершающей возвратно-поступательное движение вдоль катушки. Вилка перемещается кулачком с профилем архимедовой спирали. Чтобы витки плотно укладывались на катушке, скорость перемещения вилки изменяют при изменении диаметра наматываемой проволоки.
Технические характеристики намоточных аппаратов, выпускаемых АЗТМ, приведены в табл. 8.10.7.
Намоточные устройства с неподвижным подающим роликом и перемещающейся вдоль оси катушкой подробно описаны в работе [3].
Перемещение катушки вместе с валом проводится кулачком и регулируется в зависимости от диаметра проволоки. Известны также конструкции винтовых и гидравлических раскладчиков витков проволоки на катушке [3].
Масса проволоки, наматываемой на катушки, достигает нескольких тонн, поэтому для съема таких катушек применяют специальные устройства с гидравлическим или пневматическим приводом.
Для обеспечения непрерывного процесса волочения применяют сдвоенные намоточные устройства с двумя приводными шпинделями, на которых укрепляют катушки и общий механизм раскладки. При заполнении катушки каретка с направляющим роликом переводится ко второй катушке, на которой начинается намотка. После намотки на второй катушке нескольких витков, включается нож, расположенный между катушками, который перереза-
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
593
1820
Рис. 8.10.15. Намоточное устройство с направляющей аникой:
1 - электродвигатель; 2 - редуктор; 3 - катушка; 4 - корпус задней бабки; 5 - направляющая вилка
8.10.7. Технические характеристики намоточного аппарата НК-1/500-1000 АЗТМ различного исполнения
Исполнение аппарата	Диаметр наматываемой проволоки	Шаг раскладки	Размеры катушки Z)x£	Емкость катушки, кг	Скорость намотки, м/мин
		мм			
I	1,5 - 4,0	4,15 - 3,41; 2,91 - 2,32; 2,18	740 х 420 820 х 500	500 1000	60 - 100; 80 - 130; 130 - 250
II	3,1 - 5,3	3,48 - 3,95; 4,35 - 5,0; 5,74	740 х 420	500 1000	200 - 280; 270 - 370; 360 - 500
III	3,06 - 4,54	3,41 - 3,77; 4,15 - 4,55; 5,0	820 х 500	500 1000	300 - 400; 400 - 560; 550 - 750
IV	2,7 - 4,1	3,07 - 3,41; 3,77 - 4,15; 4,56	740 х 420 820 х 500	500 1000	280 - 390; 370 - 520; 510 - 700
V	2,0 - 3,4	2,32 - 2,61; 2,91 - 3,23; 3,77	740 х 420 820 х 500	500 1000	480 - 660; 650 - 890; 880 - 1200
VI	3,0 - 6,8	3,95- 4,35; 5,0 - 5,73; 6,27 - 7,16	740 х 420 820 х 500	500 1000	60 - 100; 80 - 130; 130 - 250
VII	10 - 500 мм2 некруглого сечения	5 - 6,56; 8,2 - 10,74	500 х 280 760 х 310	700	147; 246;432
VIII	4,0 - 5,5	3,95 - 4,35; 5,0 - 5,73	740 х 420 820 х 500	500 1000	70 - 120; 120 - 220; 220 - 400
IX	3,0 - 6,8	3,95 - 4,35; 5,0 - 5,73	740 х 420 820 х 500	500 1000	60 - 100; 80 - 130; 130 - 250
X	3,2 - 6,0	3,95 - 4,35; 5,0 - 5,23	740 х 420 820 х 500	500 1000	200 - 280; 270 - 370; 360 - 500
594
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.10.7
Исполнение аппарата	Диаметр наматываемой проволоки	Шаг раскладки	Размеры катушки Их £	Емкость катушки, кг	Скорость намотки, м/мин
		мм			
XI	4,0 - 5,5	4,35 - 4,56; 5,0 - 5,74	740 х 420 820 х 500	500 1000	180 - 250; 240 - 330; 320 - 450
XII	4,0 - 5,0	4,35 - 4,56; 5,0 - 5,74	740 х 420 820 х 500	500 1000	90 - 135; 125 - 180; 170 - 250
XIII	4,6 - 6,2	5,0 - 6,27; 5,56 - 7,16	740 х 420 820 х 500	500 1000	45 - 73; 65 - 95; 90 - 135
XIV	1,5 - 4,0	4,15 - 3,77; 3,07 - 2,61	740 х 420	500 1000	45 - 73; 90 - 135; 135 - 163
Примечание: 1. В намоточных аппаратах всех исполнений применяют электродвигатель АК 72-4 мощностью 22 кВт.
2. D - диаметр катушки; L - длина катушки.
ет проволоку, идущую от заполненной катушки к заполняемой. Катушка вместе со шпинделем отводится в сторону и снимается с намоточного устройства.
Между станом и моталкой устанавливают регулятор скорости, снижающий обороты электродвигателя по мере заполнения катушки. Регулятор скорости выполнен в виде полиспаста с пятью роликами на подвижной оси и четырьмя роликами на неподвижной оси, что обеспечивает достаточную длину петли для работы со скоростью до 60 м/с.
Производство проволоки в мотках связано с остановками стана для освобождения чистового барабана. Чем больше диаметр проволоки, тем чаще приходится останавливать стан. Для уменьшения времени простоев за чистовым барабаном стана устанавливают моталку с неподвижным барабаном.
Моталка состоит из корпуса, рабочего барабана с отводом и пневмофиксатором, обеспечивающего неподвижность барабана. Внутри корпуса на подшипниках установлен полый вал моталки с обводным роликом и планшайбой, на которой закреплен ролик, укладывающий проволоку на рабочий барабан. В корпусе установлен электродвигатель переменного тока с фазовым ротором, что позволяет создавать необходимое натяжение проволоки и синхронизировать скорости волочения и намотки. Электродвигатель через клиноременную передачу приводит во вращение вал с планшайбой. Проволока, проходя сквозь полый вал, огибает обводной ролик и укладывающим роликом
наматывается на барабан. С барабана витки проволоки сползают на отвод и фигурку, где образуют моток (бунт).
Разработана также конструкция, в которой неподвижность барабана обеспечивается планетарной передачей, что позволяет выполнить приемную часть моталки как с горизонтальным, так и наклонным направляющим хоботом.
У моталки с жестко закрепленным на станине барабаном сквозь барабан пропущен полый вал, приводимый во вращение электродвигателем.
Проволока с приемного ролика поступает в полый вал и на направляющие ролики. Последним наматывающим роликом проволока укладывается на барабан. Число витков проволоки зависит от ее диаметра и колеблется от трех (тонкая проволока) до десяти (толстая). В зависимости от числа витков и диаметра проволоки устанавливают высоту прижимных роликов.
Моталки с неподвижным барабаном применяют при волочении круглой проволоки из низкоуглеродистой стали и цветных металлов. Их использование при волочении высо-коуглеродистой стали и других упругих металлов затруднено перекручиванием проволоки на 360° при образовании каждого витка, что вызывает запутывание проволоки.
Моталки с контейнером применяют при производстве высокопрочной проволоки и проволоки некруглого сечения, так как они не закручивают ее при смотке.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
595
Рис. 8.10.16. Схема устройства моталки с контейнером
Моталка (рис. 8.10.16) состоит из двух основных узлов - приводного тянущего барабана 1 с прижимным роликом 2 и вращающегося контейнера 4. Вращение выполняется со средней скоростью, равной скорости поступления проволоки в контейнер. Изменяя окружную скорость контейнера, изменяют диаметр образующих витков проволоки в контейнере от минимального до максимального, добиваясь, таким образом, укладки проволоки правильными концентрическими рядами. Тянущий барабан расположен рядом с контейнером, и проволока с барабана поступает в контейнер по трубке 3.
При расположении тянущего барабана 2 (рис. 8.10.17) над контейнером 3 витки проволоки подают во вращающийся контейнер прямо с барабана. Несколько витков проволоки, необходимых для обеспечения тянущей силы , прижимаются к барабану роликом 5. Витки, выходящие за пределы высоты ролика, свободно падают в контейнер. Тянущему барабану и контейнеру вращение сообщается от индивидуальных приводов соответственно 1 и 4.
Рис. 8.10.17. Моталка с индивидуальными приводами барабана и контейнера
Приемка проволоки в контейнеры позволяет исключить ее перекручивание, устранить операции дальнейшей упаковки бунтов, (так как контейнеры надежно защищают от коррозии), совместить операции смотки, промасливания и упаковки в одном агрегате и обеспечить хорошую размотку проволоки при ее дальнейшей обработке.
Разматывающие устройства. Разматывание проволоки-заготовки диаметром 10 -20 мм проводят с вращающихся фигурок. Достоинство этого способа - отсутствие скручивания проволоки при размотке, недостаток -необходимость остановки стана для сварки последующего бунта с предыдущим.
Использование неподвижных фигурок позволяет проводить сварку бунтов без остановки стана, но в этом случае проволока закручивается на 360° при размотке каждого витка. Кроме того, для установки такой фигурки необходима большая площадь, так как съем проволоки с разматывателя происходит витками, и для их выпрямления требуется значительное расстояние от разматывателя до стана.
Проволока диаметром менее 3 мм разматывается на устройствах с вертикальным съемом. На этих устройствах бунт неподвижен, поэтому сварка выполняется без остановки стана.
Размотка тонкой проволоки с катушек выполняется с помощью поводка, вращающегося относительно центра катушки, установленной вертикально на одной из щек.
Проволока с больших катушек разматывается без закручивания. Катушку устанавливают на консольный вал с зажимным устройством, фиксирующим катушку на валу. Вал связан с тормозным устройством фрикционного, электрического или гидравлического типа. Фрикционные тормоза недостаточно устойчиво работают с большими катушками, поэтому на разматывателях высокоскоростных станов для торможения катушки применяют электродвигатель, работающий в генераторном режиме.
Приспособления для заострения концов проволоки. Заострение проволоки, прутков и труб может быть выполнено на валковых острильных и ротационно-ковочных машинах, гидравлических прессах, электропневматиче-ских ковочных молотах, резцовых головках и травильных ваннах.
На рис. 8.10.18 приведен острильно затяжной станок ОЗК-Ю-ЗОО, который состоит из литой станины 4 коробчатой формы, на которой смонтированы головка 1 с острильными валками и затяжной барабан 3 с клещами 2. Приводом валков и вала барабана являются вертикально установленный электродвигатель 5 переменного тока и червячная передача. Барабан связан с валом через фрик-
596
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.10.18. Острильно-затяжной станок ОЗК-10-300 АЗТМ
Рис. 8.10.19. Калибровка острильных валков
цион, включаемый поворотом рукоятки. На острильной головке смонтированы ножницы для отрезки переднего конца проволоки. Калибровка острильных валков дана на рис. 8.10.19, а ее параметры в табл. 8.10.8.
Во время острения проволоку при передаче из калибра в калибр поворачивают на 90°, чтобы избежать образования заусенцев. Толстую проволоку поворачивать трудно, поэтому для ее острения применяются машины с двумя парами валков, одна из ко
торых расположена горизонтально, а другая -вертикально. Проволока подается поочередно в одну и другую пару валков. Недостаток всех острильных устройств - необходимость обрезать захватку после волочения, потери металла составляют до 3 - 4 %.
Устройства для проталкивания прутков и труб в волоку снижают потери металла, так как в этих устройствах используют прутки без предварительного заострения их концов.
ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
597
8.10.8. Параметры калибровки острильных валков станка ОЗК-10-300 АЗТМ (условные обозначения см. на рис. 8.10.19)
Диаметр проволоки		Лз	ГК ~ Твх	b	Е	Н	В
входной	выходной						
10,0	8,6	4,30	5,25	10,40	2,5	8,30	12,5
8,6	7,4	3,70	4,50	8,86		7,70	11,0
7,4	6,3	3,15	3,84	7,56		7,15	9,7
6,3	5,4	2,70	3,30	6,50		6,70	8,6
5,4	4,6	2,30	2,80	5,51		6,30	7,6
4,6	3,9	1,95	2,38	4,68		5,95	6,8
3,9	3,4	1,70	2,08	4,10		5,70	6,2
3,4	2,9	1,45	1,77	3,48		5,45	5,6
2,9	2,5	1,25	1,53	3,01		5,25	5,2
2,5	2,2	1,10	1,34	2,64		5,10	4,8
2,20	1,96	0,93	1,13	2,22	1,5	3,43	3,6
1,96	1,74	0,87	1,06	2,08		3,37	3,5
1,74	1,54	0,77	0,94	1,85		3,27	3,2
1,54	1,36	0,68	0,83	1,64		3,18	3,0
1,36	1,20	0,60	0,73	1,44		3,10	2,8
Примечание: Размеры бочки валка для проволоки всех диаметров, мм: D = 100;
L = 170.
Силу проталкивания прутка (Н) определяют по формуле И. Л. Перлина [5]
Р = qcdFk In 4?-
₽ FK \sinan
гае стСр - средние значения предела прочности металла соответственно до и после проталкивания, Н/мм2; <тср = 0,5(сун + <тк); Fn и F* -площади сечения прутка соответственно до и после проталкивания, мм2; fn - коэффициент трения; ап - приведенный угол волоки.
Устройства для проталкивания бывают механическими и гидравлическими. Чаще встречаются гидравлические, которые устанавливают перед волоко-держателем на специальной раме. Основные заталкивающие цилиндры расположены по бокам рамы. Гидропроталкиватели изготовляют как для однониточных, так и для многониточных волочильных станов. Как показала практика, сила проталкивания должна быть в 1,2 -2 раза выше силы волочения.
Оборудование для изготовления волок из алмазов и твердых сплавов. Изготовление волок, в основном, состоит из операций:
заделки заготовки в обойму;
сверления и шлифовки рабочего канала;
полировки и доводки;
контроля качества готовой волоки.
Первую из перечисленных операций выполняют, исходя из условий работы волок и традиций предприятия.
Холодную запрессовку применяют для твердосплавных заготовок волок формы 1 - 5 [(1980 - 0021) - (1980 - 0047)] по ГОСТ 9453-75. Гнездо обоймы изготовляют диаметром на 0,05 - 0,1 мм меньше диаметра заготовки. Запрессовку выполняют на ручном прессе.
Горячую запрессовку используют для волок формы 6-13 включительно [(1980 - 0051) - (1980 - 0198)] по ГОСТ 9453-75, ее выполняют на прессах усилием (300 -500 кН) в специальных штампах. Обойму нагревают до 800 - 1000 °C, а заготовку - до 400 -450 °C. После горячей запрессовки обойму обтачивают на токарном станке.
Закрепление заготовок волок, пайкой медью или латунью рекомендуется проводить в печах с защитной атмосферой. Этот метод применяют в кабельной промышленности, но его не используют в производстве высокопрочной проволоки, где нагрев волок делает пайку неприемлемой.
598
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
заготовок жидким
заготовок с помощью
канала выполняют на станках различной
Закрепление волок заливкой металлом выполняют в специальной форме, где помещают заготовку и заливают цветным металлом или сталью. Метод требует специального литейного оборудования и высокой квалификации персонала, поэтому применяется редко.
Закрепление волок в обойме
цанги требует предварительной шлифовки заготовок по наружному диаметру, но снижает общую трудоемкость и обеспечивает многократность использования обойм [8].
Обработку рабочего волок конструкции (табл. 8.10.9).
Обработку твердосплавных волок выполняют и более производительными способами.
Электрохимический способ обработки состоит в том, что при пропускании постоянного тока через обрабатываемую волоку (анод) и иглу (катод), помещенные в электролит, происходит анодное растворение твердого сплава. Способ рекомендуют для черновой
обработки рабочей зоны, входной и выходной зон волок диаметром 1-10 мм.
Анодно-механическая обработка твердосплавных волок основана на электрохимическом и электротермическом воздействиях тока в сочетании с механическим действием катода (иглы) на анод (волоку) и применяется для обработки волок с калибрующей зоной диаметром более 10 мм. Способ обработки высокопроизводителен, но не обеспечивает требуемого параметра шероховатости поверхности.
Электроискровая обработка основана на воздействии на металл электрических искровых разрядов. При этом поверхность канала волоки (анод) разрушается и частицы ее переносятся на иглу (катод). Игла и волока включены в цепь электрического колебательного контура и погружены в масло или другую жидкость со свойствами диэлектрика. На этом принципе работает станок 4В721.
Ультразвуковая обработка относится к абразивному методу обработки волок. Игле от ультразвукового генератора через преобразователь (магнитостриктор или электростриктор) сообщают механическую вибрацию с частотой 20 кГц и амплитудой 0,05 мм. Волока враща-
8.10.9. Типы и области применения станков для изготовления волок
Тил станка	Область применения
ПТ-26*1	Шлифовка твердосплавных волок с отверстием диаметром 0,15 - 2,0 мм, сверление "слепых” волок
ВС-4	Та же, что и ПТ-26
	Шлифовка рабочей, входной и выходной зон твердосплавных волок с отверстием диаметром, мм:
МН-11-20*2 МН-11-08	0,9 - 6,5 5,0 - 25,0
СП2-82	Доводка калибрующих зон твердосплавных волок различного диаметра
МН-11-24 МН-11-09	Полировка и доводка твердосплавных волок с отверстием диаметром, мм: 0,9 - 6,5 5,0 - 25,0
ПТ-12	Заточка на заданный угол игл для шлифовки и полировки твердосплавных волок с отверстием диаметром 0,15 - 6,5 мм на станках типа ПТ-26 и МН-11
ПТ-25	Шлифовка твердосплавных волок с фасонным отверстием диаметром 1,5 -10 мм
МН-12-03	Сверление в алмазах волочильных отверстий диаметром 0,03 - 0,3 мм
ВС-5А ВС-6	Полировка канала алмазных волок с отверстием диаметром, мм: 0,03 - 0,1 0,1 - 0,3
4 Десятишпиндельного типа.
*2 Аналогичен станку ПТ-26.
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
599
ется со скоростью 200 мин1. В качестве абразивного материала применяют суспензию -50 % абразивного порошка и 50 % воды. Шлифовку волок проводят на станках 4772 и МЭ-22.
Обработку волок на круглошлифовальных станках типа 3A130 и ЗА225 выполняют алмазными кругами АГЦ. Поскольку минимальный диаметр круга ограничен, этот способ обработки применяют для твердосплавных волок с диаметром калибрующей зоны более 6 мм.
Перечисленные способы интенсивной обработки волок не обеспечивают необходимого параметра шероховатости поверхности рабочего канала, поэтому после этих видов обработки следует операция полировки.
Для изготовления алмазных волок, помимо приведенных в табл. 8.10.9, применяют также следующие способы.
Высокочастотный способ сверления основан на подаче к обрабатывающей игле диаметром 0,2 мм из сплава платина - иридий высокочастотного тока напряжением до 10 000 В. Высокочастотные разряды отрывают частицы от обрабатываемого алмаза и образуют в нем отверстие.
Электролитическое сверление используют для сверления в алмазах отверстий диаметром 0,02 - 0,03 мм. Алмаз помещают в электролит, а к сверлящей игле подводят переменный ток 0,5 - 0,7 А напряжением 85 В. Другой электрод похружают в электролит. При включении тока между иглой и алмазом возникает искрение, прожигающее отверстие.
Ультразвуковую обработку канала алмазных волок осуществляют абразивной смесью из алмазного порошка при воздействии ультразвуковых колебаний иглы (станок МЭ22).
Разделка алмазов электронным лучом и лучом лазера основана на термическом воздействии. Луч, сфокусированный на поверхности алмаза на площади диаметром 0,01 мм, выделяет энергию высокой плотности (до 1000 кВт/мм2), в результате происходит точечный нагрев до 8000 °C и образование, в конечном итоге, отверстия. После такой разделки, алмазы подвергают механической обработке.
8.10.4.	ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ОБРАБАТЫВАЕМОГО МЕТАЛЛА
Такие станы предназначены для волочения прутков, фасонных профилей и труб из черных и цветных металлов. Поскольку операцию волочения чаще всего используют для калибровки проката, то эти станы называют также калибровочными. По конструкции привода тянущего устройства станы подразделяются на цепные, канатные, реечные, гидравлические, гусеничные, кулачковые и т.д.
Цепные станы (табл. 8.10.10) рассчитанные на силу волочения 5 - 1500 кН, получили наибольшее распространение. На рис. 8.10.20 приведен цепной волочильный стан усилием 300 кН. В станине 2 смонтированы приводная 5 и неприводная 4 звездочки. На эти звездочки одета бесконечная цепь 6, движущаяся по направлению волочения от стойки 1 с блоком волок 3 к приводу, состоящему из регулируемого электродвигателя 7 и двухступенчатого цилиндрического редуктора 8.
8.10.10. Технические характеристики цепных станов, выпускаемых ИЗТМ*
Параметр	Стан		
	2КМ15-9	2КМ30-9	2КМ50-9
Сила волочения в три нитки, кН	150	300	500
Скорость волочения, м/мин:			
номинальная	55	50	30
наибольшая	100	80	70
наименьшая Изменение скоростей волочения и возврата	12 Плавное		10
Скорость возврата тележки, м/мин	100	90	70
Сила гидропроталкивания, кН Число одновременно обрабатываемых прутков	270	450 1 - 3	750
Размеры заготовки, мм			
диаметр длина	16-40	1 21-52 2500 - 8000	|	32-72
600
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Продолжение табл. 8.10.10
Параметр	Стан		
	2КМ15-9	2КМ30-9	2КМ50-9
Мощность установленных электродвигателей, кВт	250	480	495
Габаритные размеры, мм:			
длина	26 170	26 520	21 150
ширина	5240		5370
высота		2000	
Масса стана с электрооборудованием, т	69,4		|	103,4
♦ Иркутский завод тяжелого машиностроения (Россия).
Рис. 8.10.20. Цепной волочильный стан
Тянущие тележки цепных станов снабжены автоматическим захватом прутка и цепи. Крюк тележки при ее возвращении удерживается над цепью роликом. Подойдя к доске волок и захватив губками передний конец прутка, тележка опускает крюк и соединяется с тяговой цепью. По окончании волочения тяговая сила резко падает, губки разжимаются, пруток проваливается по склизам в карман, а крюк поднимается. Каретка с поднятым крюком возвращается к доске волок механизмом возврата.
В целях повышения производительности современные цепные станы оборудованы механизмами, обеспечивающими возможность многопруткового волочения, механизированный возврат тележки, автоматический захват прутков и зацепление крюка, механизированный сброс прутков со стана на стеллаж, и принудительную подачу заготовок в волоку, исключающую острение.
Реечные волочильные станы изготовляются как со стационарным приводом, так и с приводом, установленным на тележке. В первом случае рейку закрепляют на тележке, а во втором - на станине.
На реечных станах двухстороннего типа волочение происходит при движении тележки в обеих направлениях, благодаря чему период движения тележки используют для полезной работы.
Заострение концов заготовок на этом стане выполняется специальными резцовыми головками.
Реечный стан с приводом, установленным на тележке, - одностороннего действия, что снижает его производительность, однако на этих станах можно волочить прутки длиной до 50 м. Расположение реек по обеим боковым стенкам станины оставляет свободным пространство под протягиваемыми прутками, куда они сбрасывают
ВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМ ДВИЖЕНИЕМ
601
ся по окончании волочения и автоматически попадают в карманы. Силы волочения, развиваемые такими станами, составляют 50 -60 кН.
Калибровочные станы непрерывного действия. Непрерывность процесса обеспечивается применением двух тянущих кареток с захватами, совершающих возвратно-поступательное движение. При движении первой каретки вперед и протягивании металла через волоку вторая каретка с разведенными губками движется назад. Захват металла проводится автоматически при движении каретки вперед. Это движение начинается в то время, когда другая карет
ка еще движется в том же направлении, так что их движения перекрываются. Протягиваемый металл перехватывается из одной каретки в другую, благодаря чему достигается непрерывное и равномерное движение прутка. На рис. 8.10.21 приведена схема привода кареток стана посредством кулачка. Скорость волочения на этих станах до 0,75 м/с.
На рис. 8.10.22 приведена схема тянущего устройства гусеничного типа, установленного в поточной линии по обработке прутков. Рабочий орган на этом стане выполнен из отдельных звеньев, шарнирно связанных между собой в бесконечную цепь.
Рис. 8.10.21. Схема кулачкового привода калибровочного стана:
1 и 5 - каретки; 2 - распорный элемент; 3 - протягиваемый пруток; 4 - волока;
6 - кулачковый привод; 7 - направляющие
Рис. 8.10.22. Схема конструкции тянущего устройства гусеничного типа:
1 - цепь; 2 - распорные устройства; 3 - протягиваемый пруток; 4 - прижимные губки;
5 - опорные блоки; 6 - привод подающих комплектов
602
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
Пруток зажимается двумя рядами звеньев, расположенными в горизонтальной плоскости по обе стороны прутка. Привод цепей осуществляется посредством зубчатых шестерен или звездочек.
Отсутствие на стане кареток, совершающих возвратно-поступательное движение, дает возможность увеличить скорость волочения. Такие станы используют при волочении прутков диаметром до 25 мм из черных и цветных металлов. Длина рабочего участка достаточна для надежного зажатия обрабатываемого металла при довольно невысоком контактном давлении звеньев.
Поточные линии калибровки объединяют в единый технологический поток операции калибровки, правки, резки на мерные длины, полировки, определения марки металла, отбраковки дефектных прутков, промасливания и упаковки. На рис. 8.10.23 приведена линия П68-1 волочения и отделки прутков диаметром 6 - 20 мм из цветных металлов.
Техническая характеристика поточной линии П68-1
Профили калибруемого металла................. круг,	шести-
гранник, квад-
рат
Сила волочения, кН....	80
Скорость волочения при наибольшей силе волоче-
ния, м/с............... 1,0
Диапазон скорости волочения, м/с............. 0,167 - 1,0
Регулирование скорости волочения............... Плавное
Число одновременно волочимых прутков........	1
Диаметр калиброванных круглых прутков и описанных окружностей шес-
тигранника и квадрата, мм....................... 6-20
Шаг реза прутков, м..... 2-5
Установленная мощность электродвигателей, кВт.... 199 Габаритные размеры, мм:
длина.............. 34790
ширина............. 4950
высота............. 2170
Масса линии, т.......... 51,3
Наряду со специальными станами в линии устанавливают и станы барабанного типа. При наличии бунтов большой массы на этих линиях можно получать прутки диаметром до 12 - 20 мм. Обработка прутков большего диаметра затруднена сложностью передачи металла с барабана в правильную машину.
Смазывание механизмов калибровочных станов выполняют как жидкими минеральными маслами, так и пластичными смазками. Зубчатые зацепления главного редуктора и подшипники смазываются минеральным маслом. Тяговая цепь смазывается погружением в масляную ванну, расположенную под ведущей звездочкой.
Расчет основных узлов и деталей калибровочных станов выполняют по существующим методикам [3]. Расчету на прочность подлежат: цепная передача, платковая автоматическая тележка, ходовые колеса и крюк тележки, доски для установки волок, пневматический цилиндр и вал рычагов сбрасывателя готовых прутков.
Ряс. 8.10.23. Поточим линия волочения и отделки прутков П68-1 ИЗТМ:
1 - бухтоприемник; 2 - устройство для разматывания бунтов;
3 - механизм для обломки концов прутков;
4 - направляющие ролики; 5 и б - устройства предварительной правки соответственно горизонтальное и вертикальное; 7- механизм для заострения заготовки; 8 - стан непрерывного волочения;
9 - правильная машина; 10 - гидропривод и пневмоуправление;
11 - отрезное устройство; 12 - рольганг;
13 - правильно-полировальная машина; 14 - укладчик; 15 - карман;
16 - передвижные гидравлические ножницы; 17- острильный станок
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ высокой точности
603
8.10.5.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ высокой точности
Получение стальных фасонных профилей высокой точности осуществляется холодной прокаткой круглых заготовок в основном тремя способами:
прокаткой в клетях, на валках которых имеются калибры требуемого профиля, изготовляют круглую проволоку, турбинные лопатки, Z-образный и другие сложные профили;
волочением через роликовую волоку, установленную перед тянущей прокатной клетью или тянущим приемным барабаном, получают профили квадратного, прямоугольного, и других более сложных сечений;
прокаткой в гладких цилиндрических валках изготовляют ленты шириной 0,5 -15 мм.
Станы холодной прокатки с калиброванными валками бывают одноклетьевые (рис. 8.10.24) и многоклетье-вые. Прокатку сложного профиля выполняют за три - четыре перехода в одной клети или за один переход через непрерывную группу из трех - четырех клетей.
Круглую проволоку из металлов и сплавов, плохо поддающихся волочению, производят холодной прокаткой в валках с калибрами на непрерывных станах с двенадцатью - двадцатью клетями. Клети могут быть как 2- так и 3-валковыми. Расчет всех параметров процесса прокатки и прочностные расчеты элементов конструкции станов выполняют по общепринятым методикам.
Роликовые волоки по конструктивному исполнению могут быть 2-, 4-роликовыми. Число роликов в конструкции может быть и большим. Это зависит от условий технологии производства требуемого профиля.
Двухроликовые волоки представляют собой миниатюрные прокатные 2-валковые клети без привода. Рабочие ролики, как и валки прокатной клети, устанавливают в подшипниках подушек, которые могут перемещаться нажимными винтами, обеспечивая радиальное регу
лирование калибра. Осевое регулирование калибра выполняют четырьмя винтами осевой настройки.
Роликовые волоки применяют при производстве фасонных профилей на станах как барабанного, так и прямолинейного типа. Недостатком этой конструкции является ее довольно невысокая жесткость, затрудняющая получение профилей высокой точности, особенно из стали и высокопрочных сплавов.
Для увеличения жесткости используют 4-и 6-роликовые волоки. В первом случае рабочий ролик поддерживается, а во втором случае каждый рабочий ролик опирается на два опорных. Радиальное и осевое регулирование роликов проводят винтами. Монолитные корпуса (станины закрытого типа) обеспечивают хорошую жесткость конструкции.
Для производства проволоки квадратного, прямоугольного и фасонного сечений применяют волоки с четырьмя роликами, оси которых расположены перпендикулярно друг к другу в одной плоскости.
Волока состоит из стального корпуса с крестообразными пазами, в которых размещены четыре подушки с роликами. В радиальном направлении подушки с роликами перемещаются нажимными винтами. Профилированные поверхности роликов образуют калибр.
Фирма "ФЭНН" (США) производит 4-роликовые волоки трех типов (табл. 8.10.11).
Станы ВФР-4, ВФР-36 (рис. 8.10.25) и ВФР-196 конструкции ВНИИМЕТМАШ и АЗТМ производят фасонные профили соответственно сечением, мм2: до 4, 36 и 196. Станы оснащены размоточными фигурками, стыкосварочными машинами, одной или двумя роликовыми волоками, тянущими барабанами горизонтального типа, намоточным устройством (для производства бунтового металла), правильными машинами, летучими ножницами и приемными карманами (для производства пруткового металла).
Основные технические характеристики этих станов приведены в табл. 8.10.12.
Рис. 8.10.24. Одноклетьевой стан холодной прокатки фасонных профилей:
1 - разматыватель заготовки; 2 - правильное устройство; 3 - рабочая клеть; 4 - приемное устройство
604
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
8.10.11. Технические характеристики роликовых волок фирмы ФЭНН (США)
Тип волоки	Модель	Максимальные размеры профиля, мм		Диаметр роликов, мм	Масса волоки, кг	Максимальная сила волочения, Н	Максимальная скорость волочения, м/с
		квадратного	прямоугольного				
Универсальный (U)	2 U	3,0	1,0 X 2,0	41	12,5	2500	2,50
	3 и	3,6	1,8 х 3,6	65	70,0	7300	2,00
	4 U	6,3	3,2 х 6,3	102	236,0	23 400	1,50
	5 U	11,0	5,5 х 11,0	154	945,0	72 000	1,25
	6 и	15,7	7,8 х 15,7	228	2580,0	162 000	1,00
Комбинированный (TH)	2 TH	2,3	1,25 х 2,3	38	13,5	3600	2,50
	ЗТН	3,9	2,0 х 3,9	65	•72,0	9000	2,00
	4 TH	6,3	3,2 х 6,3	102	247,0	23 400	1,50
	5 TH	11,0	5,5 х 11,0	176	1380,0	72 000	1,25
	6 TH	15,7	7,9 х 15,7	256	3760,0	162 000	1,00
Фиксированный (Р)	2 Р		7,9 х 19,0	41	9,0		2,50
	ЗР	-	12,6 х 28,4	63	72,0	-	2,00
	4Р	-	19,0 х 44,0	100	185,0	-	1,50
	5 Р	-	34,6 х 75,6	170	765,0	-	1,25
Рис. 8.10.25. Стш ВФР-36 для производства фасонных профилей:
7 - консоль загрузки бунтов заготовки на фигурки;
2 - фигурки; 3 - правильно-подающее устройство;
4 - роликовые волоки; 5 - тянущий блок;
6 - прижимные ролики; 7 - грейфер;
8 - сортоправильная машина; 9 - барабанные летучие ножницы;
10 - стеллаж-приемник;
77 и 13 - пульты управления; 12 - съемник с упаковочным стеллажом;
14 - передвижные гидравлические ножницы; 75 - точило;
16 - стыкосварочная машина
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ	605
606
Глава 8.10. ВОЛОЧИЛЬНЫЕ И КАЛИБРОВОЧНЫЕ СТАНЫ
8.10.12. Технические характеристики роликовых волочильных станов
Параметр	Стан		
	ВФР-4	ВФР-36	ВФР-196
Максимальное сечение готового профиля, мм2	4	36	196
Максимальный диаметр заготовки, мм	2,7	9,0	19,0
Временное сопротивление материала заготовки, МПа		400 - 800	
Диаметр барабана, мм	350	650	850
Масса бунта готового профиля, кг	40 - 80	До 250	До 500
Диаметр рабочих роликов, мм	160	230	300
Число волок - клетей	1	2	1
Скорость волочения, м/с	1,1 - 3,3	До 2,5	До 1,5
Мерная длина пруткового профиля, м	-	2,5 и 3,0	
Максимальная сила, действующая на ролики, кН	-	100	300
Максимальная сила волочения, кН	5	30	100
Мощность привода стана, кВт	15	75	125
Масса, кг	4850	22 000	43 000
Расчет роликовых волок. На рис. 8.10.26 приведена схема действия сил в роликовой волоке. Равнодействующая N давления металла на ролик приложена в точке А. Сила трения в подшипнике характеризуется кругом трения с радиусом р;
Рве. 8.10.26. Схема действах сил в роликовой волоке
где цп - коэффициент трения в подшипнике; - диаметр цапфы.
При установившемся процессе волочения равнодействующая N направлена по касательной к кругу трения, поэтому угол наклона равнодействующей
Pz - Pi + 9;
• г» Хр sin₽i =-у;
stae = gn^’
где Хр - плечо силы Q при волочении.
Исходя из схемы действия сил на ролик двухвалковой волоки, определяют момент сопротивления вращению ролика и силу воздействия ролика на металл:
м .
с 2sin(pi + 0) ’
л Р
С=2ШФ1+в)‘
Сила воздействия металла на каждый ролик калибра, образованного п роликами, составит:
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФАСОННЫХ ПРОФИЛЕЙ высокой точности
607
rttg(Pl + 0) ’
Сила волочения
р = i,4cTfiinx,
стт1 + ат2	~
где от = ——---— - средний предел текуче-
2
сти; стТ1 и пТ2 - пределы текучести соответственно до и после волочения; к - относительное удлинение; - площадь сечения профиля на выходе из роликов.
При проектировании роликовых волок ориентируются на силы волочения и воздействия металла на ролики, соответствующие условиям производства профиля максимального сечения, и обжатие £ = 0,3 - 0,4.
Коэффициент работоспособности подшипника рассчитывают из условий долговечности 400 - 500 ч непрерывной работы. Практика эксплуатации роликовых волок показывает, что целесообразно более часто менять подшипники, а не увеличивать их габаритные размеры и, соответственно, - габаритные размеры роликов и волоки.
Практически рекомендуют использовать следующее соотношение
Стах -
ще Стах - максимальная расчетная сила воздействия металла на ролики; - допустимая статическая нагрузка на подшипник.
Диаметр ролика не должен превышать критического значения, определяемого соотношением: R < 30/imjn, где R - радиус ролика; йиил - минимальная толщина профиля из сортамента волоки [2].
Расчеты на прочность основных элементов конструкции выполняют по существующим методикам [9], применяемым для валков, подушек и станин.
Плющильные станы предназначены для прокатки из волоченой проволоки точной узкой ленты из черных и цветных металлов. Плющеная лента обладает рядом ценных качеств: закругленные кромки ленты обеспечивают повышенный срок службы изготовленным из нее деталям; высокая точность ленты (как по толщине, так и по ширине) при незначительной шероховатости поверхности делают ее незаменимой в ряде отраслей промышленности.
Одноклетьевые станы применяют для калибровки особо точных лент, когда плющеная заготовка после отжига поступает с непрерывных станов или когда объем и сортамент заказов делает их использование целесо
образным. В зависимости от сортамента диаметр валков составляет 30 - 250 мм. В состав плющильного стана входят: разматыватель, обеспечивающий размотку заготовки при постоянном ее натяжении; рабочая клеть; регулятор скорости, синхронизирующий работу клети и моталки. Рабочая клеть плющильного стана (рис. 8.10.27) может быть 2-, 4- и 6-валковой.
В станине 1 установлены подушки 3 с валками 2. Радиальные нагрузки на валки воспринимают цилиндрические роликоподшипники, осевые нагрузки - радиальные шариковые подшипники. Возможна установка конических роликоподшипников - по два на каждой шейке. Все радиальные подшипники валков должны быть прецизионного исполнения. Для уменьшения биения валков и увеличения их прочности иногда применяют посадку подшипников без внутренних колец непосредственно на шейки валка. В этом случае поверхности шеек валков, по которым перекатываются ролики, подвергают термической обработке до твердости 62 HRC или устанавливают ПЖТ.
Высокая износостойкость валков достигается повышением их твердости до 66 -68 HRC благодаря специальной термической обработке и применению стали, содержащей, %: С 1,57; Si 0,25; Мп 0,25; W 12,5; Сг 4,75; V 5; Со 5.
Рис. 8.10.27. Рабочая клеть плющильного стана
608
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
С этой же целью применяют комбинированные валки, ось которых изготовляют из инвара ЭИ-36, а бандаж - из твердого сплава ВК10 (72 HRC). Бандаж соединяют с осью посадкой с натягом. Близкие значения коэффициентов линейного расширения инвара и твердого сплава, а также применение внутреннего охлаждения валков позволяют избежать растрескивание бандажей при работе.
Расчет мощности двигателя плющильной клети выполняют для случая первого перехода - прокатки круглой проволоки в ленту без учета сплющивания валков, а также переднего и заднего натяжений.
Схема плющения показана на рис. 8.10.28, Р - сила воздействия металла на валок, Н; d - диаметр проволоки-заготовки, мм; b - наибольшая ширина плоской проволоки, мм; h - толщина плоской проволоки, мм; R - радиус валка, мм; Z - проекция длины захвата заготовки, мм; х - плечо силы Р при прокатке.
Без учета скругления кромок сплющенной проволоки проекция площади (мм2) ее захвата
А = -bL, 3
где L = jR(d - А); отсюда
A = ^b^R(d-h).
Сила воздействия металла на валок
Р = рА,
где р - давление металла на валок, Н/мм2.
Таким образом,
Р = ^pb-^R(d - h).
Вращающий момент (Н • мм) на обоих валках при плющении
М = ^- pbR(d - h), полагая, что х = 0,4/.
Требуемая мощность двигателя (кВт):
N = 1>05.10-7	= 5,58- IO’8 PbR(d~h>\
П	Г]
где п - частота вращения ролика, мин*1;
V60 • 1000
П " 2kR ;
здесь V - скорость прокатки, м/мин; ц - КПД привода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Баранов Г. Л., Косяков А С. Совершенствование конструкции станов холодного волочения линейного типа: Отчет НИР Ci ерд-ловск; УПИ им. Кирова, 1987. 158 с.
2.	Гулько В. И., Войцеховский >. А, Григорьев А К. Производство пр^ рилей и проволоки в роликовых волоках хжевск: Удмуртия, 1989. 132 с.
3.	Когос А. М. Механическое оборудование волочильных и лентопрокатных цехов. М.: Металлургия, 1980. 312 с.
4.	Красильщиков Р. Б. Нагрев при холодном волочении проволоки. М.: Металлург-издат, 1962. 87 с.
5.	Перлин И. Л., Ерманок М. 3. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971.
6.	Проволочно-волочильное оборудование: Отраслевой каталог 18-2-84 МТ ГМ СССР. М.: ЦНИИТЭТяжмаш, 1984. 128 с.
7.	Трубоволочильное и калибровочное оборудование. Отраслевой каталог 18-1-85 МТТМ СССР. М.: ЦНИИТЭТяжмаш, 1985. 114 с.
8.	Хаяк Г. С. Инструмент для волочения проволоки. М.: Металлургия, 1974. 129 с.
9.	Целиков А И. Основы теории прокатки. М.: Металлургия, 1965. 247 с.
Глава 8.11
АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
8.11.1. ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
Схема производства труб включает три ступени деформации: прошивку заготовки с получением полой гильзы, раскатку гильзы в черновую трубу и калибровку трубы или ее редуцирование.
ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
609
Прошивка может осуществляться на прессе, пресс-валковом стане или станах поперечно-винтовой прокатки.
Прошивка на прессе существенно ограничена по длине гильзы - отношение длины полой гильзы к ее внутреннему диаметру не должно превышать 7:1. Дальнейшее увеличение длины заготовки приводит к значительному увеличению разностенности трубы.
Различают два вида прошивки на прессе: заполняю цую прошивку, когда поперечное сечение загото юк меньше сечения внутренней полости конге; нера (рис. 8.11.1, а), при этом вытесняемый туансоном металл заполняет объем между < зковыми поверхностями контейнера и загот: вки;
нарастаюимо прошивку (рис. 8.11.1, б), при которой в ггесняемый металл движется навстречу пуанону, увеличивая высоту заготовки в соответсгвии с объемом вытесненного металла.
П р о ш и в < а на станах. Прошивка на пресс-валков'м стане (рис. 8.11.1, в) представляет собс i процесс прессования и продольной пг .катки в калибре, образованном двумя вал’ лми, с отношением длины гильзы к ее внугеннему диаметру не более 25 : 1. Пресс-валковую прошивку применяют, когда необходимо использовать заготовку квадратного сечения.
При наличии круглой непрерывнолитой заготовки наиболее современным способом является прошивка на станах поперечновинтовой прокатки. В этом случае возможна прошивка гильзы с отношением длины к ее внутреннему диаметру 100 : 1 и более. Чаще всего используют 2-валковые прошивные станы. Длина гильз на этих станах может достигать 12 м.
Все прошивные станы оборудуют на выходной стороне роликовыми центрователями, которые удерживают стержень от продольного изгиба. Число таких центрователей зависит от длины гильзы и обычно составляет 2 - 4. По мере подхода гильзы ролики центрователя разводятся, образуя роликовую проводку.
При прошивке на станах необходимо последующее использование косовалкового стана- элонгатора для уменьшения толщины стенки и ужесточения допусков размеров труб.
Раскатка гильзы в черновую трубу может осуществляться продольной или поперечновинтовой прокаткой. Продольную прокатку выполняют на непрерывном, короткооправочном (автомате-стане или стане-тандем), реечном и пилигримовом станах, поперечно-винтовую - на риллинг-станах и станах с приводными направляющими дисками (Дишера), 3-валковых (Ассела) и планетарных.
Способ раскатки гильзы в черновую трубу определяет тип трубопрокатного агрегата,
Рве. 8.11.1. Схема прошивки: 1 - пуансон; 2 - заготовка; 3 - контейнер; 4 - валки; 5 - оправка
его возможности в части сортамента, производительность и необходимые капиталовложения.
Калибровку и редуцирование труб осуществляют на многоклетьевых станах продольной прокатки с 2- или 3-валковыми клетями.
Агрегаты с непрерывным станом продольной прокатки. Типовая схема расположения оборудования агрегата со станом для раскатки гильз на плавающей оправке дана на рис. 8.11.2. По этой схеме для нагрева металла используют две кольцевые печи, хотя эффективны и секционные проходные печи, применение которых позволяет осуществлять разрезку длинных штанг в горячем состоянии на заготовки необходимой длины на пресс-ножницах. При использовании кольцевых печей раскрой металла выполняют в холодном состоянии. В теплотехническом отношении кольцевые печи более целесообразны - удельный расход топлива в этих печах значительно меньше, чем в проходных.
Нагретая заготовка после ее зацентровки поступает к прошивному стану. Дальнейший технологический процесс сводится к передаче гильзы к непрерывному стану и прокатке в нем на плавающей цилиндрической оправке, длина которой в 1,3 - 1,4 раза меньше длины черновой трубы.
20 Зак 10S
610
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.2. Схема расположеши оборудования в агрегате с непрерывным станом:
1 - ножницы резки заготовки; 2 - пресс ломки заготовки; 3 - кольцевая печь; 4 - прошивной стан; 5 - непрерывный 9-клетьевой стан; 6 - оправкоизвлекатель; 7 - подогревательные индукционные печи;
8 - калибровочный стан; 9 - редукционный стан; 10 - летучая пила; 11 - охладительный стол
Зарядка оправки в гильзу проводится в линги стана или для увеличения темпа прокату и иногда используют внестановую зарядку.
Перед подачей оправки в гильзу на оправ! / наносят технологическую смазку - вод-ны^ раствор фосфатных солей с добавкой по-в'/енной соли или извести.
Длинные оправки извлекают из прокатанных труб двумя цепными оправкоизвлека-телями, расположенными параллельно линии непрерывного стана. Освобожденная оправка падает на цепной конвейер, который передает ее на сдвоенный рольганг, транспортирующий оправки от обоих извлекателей в охладительную ванну барабанного типа. Охлажденные оправки вновь поступают на непрерывный стан. У труб, освобожденных от оправок, отрезают дисковой пилой задний неровный и смятый конец. Иногда вместо обрезки конец обжимают валками специально установленной клети.
Нагрев труб перед редуцированием и калибровкой проводят в методической печи с шагающими балками или цепным подом, а также в индукционных печах мощностью по 1500 кВт каждой печи при частоте тока 1000 Гц.
Длина труб после редуцирования достигает 100 - 150 м. Их разрезку осуществляют следующими способами:
летучими разрезными средствами, установленными непосредственно за редукционными станами (см. рис. 8.11.4);
несколькими стационарными пилами (трубы находятся в горячем состоянии) перед передачей на охладительный стол;
пакетной резкой охлажденных труб стационарными пилами.
Прокатка в непрерывном стане на плавающей оправке имеет свои недостатки. Прежде всего, большая длина плавающей оправки и ее масса ограничивают возможность использования таких оправок для производства труб диаметром более 200 мм. Кроме того, при прокатке на плавающей оправке в период заполнения непрерывного стана металлом и при
выходе металла из стана скорость оправки все время меняется. Это приводит к тому, что в непрерывном стане труба прокатывается в условиях постоянного изменения режима натяжения, что, в конечном счете, приводит к неравномерному ее диаметру и переменной толщине стенки, т.е. к пониженной точности размеров труб. Необходимость извлечения оправки после прокатки требует создания зазора, что достигается применением калибров с большой* овальностью. Это дополнительно снижает точность проката.
Агрегат с непрерывным станом для раскатки гильз на удерживаемой оправке можно эффективно использовать для производства труб диаметром до 250 мм (известны станы для производства труб с максимальным диаметром 426 мм). Производительность агрегатов достигает 140 м/мин (по некоторым данным до 170 м/мин) черновых труб. Ограничением в части увеличения диаметра является масса оправки. Капитальные вложения в непрерывный стан очень высоки как в механическое оборудование, так и в электропривод.
Не имеет перечисленных недостатков так называемая удерживаемая оправка, длина и масса которой значительно меньше. Такая оправка в процессе прокаткц с помощью удерживающего механизма перемещается с постоянной скоростью, что предопределяет стационарный режим натяжения.
Уменьшение массы оправки при таком процессе .позволяет расширить область применения агрегатов с непрерывным станом для производства труб больших диаметров (до 400 мм), а повышение качества изделий делает целесообразным использование такой схемы при изготовлении труб средних диаметров (130 - 170 мм), хотя производительность агрегата с этом случае несколько снижается.
Чтобы сохранить высокий уровень производительности агрегатов с непрерывным станом, длину удерживаемой оправки делают иногда такой же, как и длина плавающей. Тоща на удерживаемой оправке можно полу
ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
611
чать трубы значительно большей длины. Увеличенная масса труб в этом случае частично компенсирует уменьшение производительности из-за снижения темпа прокатки на удерживаемой оправке. Точность труб по толщине стенки увеличивается почти в 2 раза.
Диаметр трубы, мм
Годовая производительность агрегата, тыс. т
Агрегат с короткооправочным станом продольной прокатки (автомат-станом или станом-тандем) широко используют для изготовления труб диаметром 20 - 426 мм. Наиболее эффективно применение агрегата для труб диаметром 219 - 426 мм, поскольку в этом диапазоне размеров использование непрерывного стана затруднено из-за сложностей в изготовлении тяжеловесных оправок, в то время как для автомат-стана технологический инструмент изготовляют без каких-либо проблем. Производительность этих агрегатов достаточно высока и достигает 40 м/мин труб. На агрегатах можно производить трубы из высоколегированных сталей.
Агрегаты со станами продольной прокатки на короткой оправке различают трех типоразмеров. Малые агрегаты (ТПА 140) предназначены для выпуска труб диаметром до 146 -159 мм, средние (ТПА 250) - диаметром не более 245 - 273 мм и большие (ТПА 400) -диаметром до 402 - 426 мм.
В составе оборудования агрегатов разных типоразмеров есть некоторые различия. В малых агрегатах всегда имеется редукционный стан, что позволяет прокатывать трубы с минимальным диаметром 20 - 30 мм.
В большинстве средних агрегатов также предусматривают редукционные станы, хотя есть агрегаты и без таких станов. В первом случае минимальный диаметр труб 50 - 60 мм, во втором - 102 - 114 мм.
Большие агрегаты компонуют без редукционных станов. В этом случае диапазон минимальных диаметров труб ограничен 146 -168 мм. Большие агрегаты, а часто, - и средние, имеют в своем составе элонгаторы. Конструктивно злонгаторы ничем не отличаются от прошивных станов и иногда их называют вторыми прошивными станами.
Агрегаты с редукционными станами оснащены подогревательными печами.
Оборудование агрегатов с автоматическим станом (рис. 8.11.3) располагают каскадно -каждый последующий стан находится на более низкой отметке, чем предьщущий, а перемещение трубы от стана к стану осуществляется перекатыванием по наклонным стеллажам.
В агрегатах со станом-тандем (рис. 8.11.4) благодаря применению осевой выдачи труб, в каждом стане все оборудование расположено на одном уровне и транспортирование
20*
Годовую производительность агрегатов с непрерывными станами разных типоразмеров для черновых труб приблизительно можно оценить следующим образом.
80 - 100 100 - 150 150 - 200 200 - 320 300 - 400 400 - 700 600 - 900 800 - 1000
осуществляется рольгангами. Исключением является передача труб на каждый риллинг-стан и к печи редукционного стана. Применение осевой выдачи повышает темп прокатки труб и производительность агрегата, а отсутствие поперечных передач труб перекатыванием сокращает длительность цикла, и хотя агрегат со станом-тандем имеет большую протяженность, температура труб, поступающих на рил-лингование, такая же, как и в агрегате с автоматическим станом.
При прокатке в станах-тандем с осевой выдачей не требуется возвратного движения труб, поэтому оправки после каждого пропуска заготовки не меняются. Замену осуществляют только в связи с износом оправок.
Последовательность операций. Нагретые до необходимой температуры заготовки (для большинства сталей температура нагрева составляют 1180 - 1230 °C, для некоторых легированных и высоколегированных сталей - 1100 - 1150 °C) выдаются из печи и транспортируются рольгангом к пневматическому зацентровщику, на котором ударом бойка на переднем торце заготовки делается круглое углубление диаметром (0,20 - 0,22) х и глубиной до 40 - 60 мм. Наличие углубления снижает поперечную разностенность переднего конца гильзы и существенно облегчает захват заготовки валками прошивного стана.
Получение гильз характеризуется высокой степенью деформации. Если гильзу изготовляют в одну операцию, то коэффициент вытяжки при прошивке составляет 1,25 - 4,7. При получении гильз в две операции, т.е. когда в агрегате имеется злонгатор, коэффициент вытяжки меньше: до 2 при прошивке, 1,25 -2,70 при прокатке в элонгаторе. Суммарная вытяжка при получении гильзы в двух станах достигает 5,0 - 5,4.
В короткооправочных станах деформация небольшая: толщина стенки уменьшается на 3-6 мм, так что коэффициент вытяжки находится в пределах 1,15 - 2,10. Прокатку осуществляют на конических оправках обычно за два пропуска. Для наиболее целесообразного распределения деформации при пропусках лучше всего применять оправки разного диаметра -для второго пропуска диаметр оправки должен быть на 1 - 2 мм больше, чем для первого.
612
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.3. Схем* расположения оборудования в агрегате с автоматическим станом:
1 - загрузочная машина; 2 - кольцевая печь; 3 - выгрузочная машина; 4 - подводящий рольганг;
5 - заценгровщик заготовок; 6 - наклонная решетка перед прошивным станом; 7 - прошивной стан;
8 - выходная сторона прошивного стана; 9 - наклонная решетка между прошивным станом и автоматом-станом; 10 тл 12- вталкиватели; 11 - печь для подогрева гильз перед автомат-станом; 13 и 15 - передний и задний столы автомат-стана; 14 - автомат-стан; 16 - вводные и выводные рольганги риллинг-станов;
17 - риллинг-станы; 19 - транспортный рольганг; 20 - калибровочный стан;
21 - выводной рольганг калибровочного стана; 22 - вталкиватель труб в подогревательную печь;
23 - подогревательная печь редукционного и калибровочного станов;
24 и 26 - вводной и выводной рольганги редукционного стана; 25 - редукционный стан;
27 - охладительный стол; 28 - правильные станы
Рис. 8.11.4. Схема расположения оборудования в агрегате со станом-тацдем:
1 - прошивной стан; 2 - 2-валковые клети для продольной прокатки; 3 - 3-валковые риллинг-станы;
4 - 2-валковый калибровочный стан; 5 - 3-валковый редукционно-растяжной стан; 6 - холодильник;
ООТ - отделение отделки труб; ВМ - вальцетокарная мастерская; М3 - машинный зал; СЗ - склад заготовки
ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
613
Трубы после прокатки в автоматическом стане или в стане-тандем рольгангом и по наклонным решеткам передаются к риллинг-станам. При риллинговании происходит выравнивание толщины стенки, т.е. раскатываются бунты - утолщения стенки, в местах выпусков калибров стана продольной прокатки. При этом диаметр увеличивается примерно на 5 -8 %, а средняя толщина стенки несколько уменьшается, так что коэффициент вытяжки оказывается близким к единице. При риллинговании улучшается качество поверхности труб.
Целесообразно выполнять редуцирование с натяжением, хотя длина черновых труб и не превышает 13 - 15 м. Эффективность этого процесса значительно возрастает в связи с разработкой технологии получения труб с утоненными концами перед редуцированием, что компенсирует последующее утолщение и существенно уменьшает размеры обрези труб.
При редуцировании с натяжением длина труб достигает 60 - 100 м. Для их разрезки на заданные длины и отрезки утолщенных концов в потоке за редукционным станом устанавливают летучие пилы. После разрезки трубы поступают на охладительные столы, которые, кроме основной функции (охлаждения труб), выполняют еще и дополнительную функцию - распределение труб по поточным линиям отделки.
Годовая производительность различных агрегатов с автоматическим станом составляет, тыс. т: 130 - 160 для ГПА 140; 220 - 250 для ТПА 250; 320 - 350 для ГПА 400. Производительность агрегатов со станом-тандем в 1,5 - 1,6 раза выше.
Агрегаты с реечным станом продольной прокатки (рис. 8.11.5) целесообразно применять для производства труб диаметром 20 -
170 мм (возможно увеличение диаметра до 250 мм). Обычно агрегаты рассчитаны на выпуск труб диаметром до 140 мм. Толщина стенки прокатываемых труб ограничена: толстостенные трубы на таких агрегатах получать нельзя или нецелесообразно (из-за трудности извлечения оправок). Практически отношение диаметра к толщине стенки не должно превышать: D/s > 10 - 12.
Последовательность операций. Технологический процесс начинается с нагрева заготовок в кольцевых печах. Раскрой длинных штанг на короткие заготовки обычно проводят в холодном состоянии еще до нагрева. В связи с тем, что при разрезке штанг на пресс-ножницах торец заготовок получается неровным, а профиль несколько искажается, в агрегатах устанавливают специальный стан или пресс для калибровки заготовки. Калиброванные заготовки передаются на гидравлический пресс для прошивки их в стакан. После нагрева в небольшой кольцевой печи (иногда в индукционной) стаканы передаются в элонгатор. Отличительная особенность элонгаторов в таких агрегатах заключается в том, что при прокатке стакана донышко должно сохраниться, поскольку оно необходимо при последующей операции - проталкивании через реечный стан. Стакан подается в элонгатор донной стороной, так что сначала обжимается донышко, а затем происходит раскатка стакана на оправке. Когда удлиненный стакан поступает на ось реечного стана, на эту же ось скатывается очередная длинная оправка (дорн), которая вставляется в этот стакан, и они вместе проталкиваются через ряд роликовых обойм, суммарный коэффициент вытяжки в которых достигает 14 - 15, а скорость проталкивания до 5 м/с.
Рис. 8.11.5. Схема расположения оборудования в агрегате с реечным станом:
1 - кольцевая печь; 2 - валковый стан для калибровки заготовки; 3 - горизонтальный гидравлический прошивной пресс; 4 - кольцевая печь для подогрева стаканов; 5 - элонгатор; 6 - реечный стан; 7 - риллинг-стан; 8 - дорноизвлекатель; 9 - подогревательная печь с шагающим подом; 10 - 18-клетъевой редукционный стан;
11 - пила для разрезки труб пополам; 12 - 7-клетьевой калибровочный стан; 13 - охладительный стол;
14 - правильный стан
614
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
В линию с реечным станом устанавливают обкатной стан для облегчения извлечения длинных оправок, оставшихся в трубе после прохождения реечного стана. Обычно обкатку проводят в 2-валковом ршлинг-стане.
Извлечение оправки осуществляют оп-равкоизвлекателями разного типа: цепными, реечными или фрикционно-роликового типа. Извлеченная о правка-дорн передается в подогревательную печь, а затем к дорноподаю-щему устройству реечного стана. Температура оправок должна быть около 300 - 400 °C. Более низкая температура способствует быстрому охлаждению трубы при прокатке в реечном стане. При высоком темпе работы оправки разогреваются и в подогреве не нуждаются. Более того, если в работающем комплекте оправок их число невелико, то разогрев может быть значителен. В этом случае теряется продольная устойчивость оправок, - их изгиб приводит к разностенности труб. Кроме того, снижается стойкость оправок. Поэтому, если температура оправок повышается до 500 - 550 °C, их охлаждают на стеллажах перед реечным станом.
После извлечения оправки из трубы пилой горячей резки отрезают донышко. Подогрев перед редуцированием ведут в печи с шагающими балками. Редукционный, стан имеет одиннадцать - двенадцать клетей.
Совершенствование агрегатов. В усовершенствованных агрегатах используют круглую непрерывно-литую заготовку. Ддя получения гильз в такие агрегаты введен прошивной стан поперечно-винтовой прокатки. Для этих станов нет жестких ограничений длины, характерных для прессов, и поэтому масса заготовок и труб может быть значительно увеличена, что, в конечном счете, значительно повышает производительность. Для проталкивания гильзы через роликовые обоймы один ее конец обжимается специальным прессом на конус (с образующей, расположенной примерно под углом 30е). В этот суженный конец гильзы упирается дорн при проталкивании гильзы в реечном стане. В агрегате с таким составом оборудования можно получать черновую трубу длиной до 24 м.
Производительность усовершенствованных агрегатов достигает 100 м/мин черновых труб.
Удельные капиталовложения в агрегаты с реечным станом почти в 2 раза меньше, чем в агрегаты с непрерывным станом.
Агрегаты с пилигримовыми станами продольной прокатки (рис. 8.11.6) предназначены для производства труб диаметром 114 - 660 и толщиной стенки 25 - 65 мм. Однако из-за низкой производительности агрегатов в области малых и средних диаметров труб целесооб
9
10
Л
Рас. 8.11.6. Схема расположения оборудования в агрегате с пилнгримовым станом:
1 - нагревательная кольцевая печь; 2 - горизонтальный гидравлический прошивной пресс;
3 - кольцевая печь для подогрева стаканов; 4 - злонгатор, 5 - подающий механизм;
6 - устройство для охлаждения и внестановой зарядки дорнов; 7 - клеть пилигримового стана;
8 - устройство для огневой резки труб; 9 - секционная подогревательная печь;
10 - 11-клетьевой редукционный стан; 11 - 17-клетьевой редукционный стан;
. 12 - охладительные столы; 13 - правильные станы
ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
615
разно их использование при производстве труб диаметром 325 - 660 мм. На этих агрегатах обычно применяют слитки сифонной разливки большого диаметра, которые невозможно получить непрерывной разливкой. Производительность одного пилигримового стана 5 -
10 м/мин труб, однако ее можно существенно увеличить в результате одновременного использования двух - четырех пилигримовых клетей.
Технические характеристики двух таких агрегатов - 200 и 350 - приведены в табл. 8.11.1.
8.11.1. Технические характеристики агрегатов 200 и 350 с пилигримовыми станами
Параметр	Агрегат	
	200	350
Нагревательная печь: тип число печей средний диаметр, м	Кольцевая с вран 2 20,4	[ающимся подом 24,0
Прошивной пресс: тип усилие, МН длина стакана*, м масса стакана*, кг диаметр стакана*, мм	Г оризонтальный 13 2150 1290 400	гидравлический 20 2500 3300 570
Подогревательная печь: тип число печей средний диаметр, м	Кольцевая с врат 1	(ающимся подом 12,5
Элонгатор: тип диаметр валков, мм угол подачи, ... ° диаметр гильзы*, мм длина гильзы*, мм мощность двигателей, кВт	2- вал) 740 4 325 3400 2500	совый 875 3 - 5,5 480 4460 3000
Пилигримовый стан: число клетей привод диаметр валков, мм мощность двигателя на каждую клеть, кВт максимальная длина труб, м	2 Индивид 740 1950 38,5	уальный 1100 3000 42,0
Подогревательная печь: тип максимальная длина труб, м Калибровочный и редукционный станы:	Секционная с шаг	ающими балками 13,5
тип число станов число клетей диаметр валков, мм привод индивидуальный мощность, кВт	2-валк 2 17 и 11 450 С наклонным расположением двигателя 300 х 17 300 х И	:овый 1 12 740 С горизонтальным расположением двигателя 180 х 12
* Максимальное значение.
616
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Последовательность операций. Технологический процесс начинают с осмотра и ремонта слитков. Затем слитки нагреваются до 1200 - 1280 °C.
Прошивка осуществляется в прессах усилием 12 - 18 МН, а иногда, - и до 30 МН. Прошитый стакан транспортируется к загрузочному окну подогревательной печи кольцевого типа. Температура стаканов при за!рузке в печь 1000 - 1080 °C и после подогрева достигает 1220 - 1280 °C. Для раскатки гильз используют 2- или 3-валковые элонгаторы. Прокатку проводят на оправке навстречу движению стакана. В конце процесса прокатки прошивается донышко стакана. Выдача гильзы из элонгатора чаще всего осевая, для чего упорный замок стержня делают откидным. После выхода из элонгатора толстостенная гильза транспортируется по криволинейному пути к установкам для внестановой зарядки дорна, которые установлены перед каждой клетью пилигримового стана.
При пилигримовой прокатке дорн с гильзой совершают возвратно-поступательное движение, а раскатанный участок трубы постепенно сходит с дорна.
Раскатанная труба после пилигримовых станов отводится от них подъемным рольгангом и передается на параллельно расположенный рольганг для обрезки переднего конца трубы и пилигримовой головки, а также разрезки на мерные длины. Пилигримовые агрегаты часто оборудуют редукционными станами.
Агрегаты с раскатным станом поперечновинтовой прокатки (рис. 8.11.7) используют для получения труб диаметром 50 - 260 мм, длиной 8 - 10 м. Трубы, получаемые на этих агрегатах, имеют высокую точность - допуск составляет %: толщины стенки ±6,0; наружного диаметра ±0,5.
Поскольку на этих агрегатах производят толстостенные трубы, используемые для деталей машин, высокая точность изготовления труб позволяет иметь минимальные припуски на последующую обработку резанием, что дает возможность использовать агрегаты в поточных линиях с применением станков-автоматов. Именно эти обстоятельства обусловили широкое использование агрегатов с раскатным станом для изготовления подшипниковых труб.
В агрегатах предусматривают, как правило, только станы поперечно-винтовой прокатки, что, кроме высокой точности изготовления, значительно повышает их маневренность. При смене диаметра прокатываемых труб в этих агрегатах не проводят перевалки валков (ее делают при износе валков). Изменение наружного диаметра трубы осуществляют сведением или разведением валков, а толщины стенки - оправками соответствующего размера.
Основные характеристики прошивных и раскатных станов приведены в табл. 8.11.2.
Агрегаты с 2-валковым станом поперечновинтовой • прокатки с приводными направляющими дисками (стан Дишера) для раскатки на удерживаемой оправке наиболее эффективно используют для производства труб диаметром 25 - 245 мм (по проектным данным -диаметром до 406 мм). Отношение диаметра к толщине стенки черновой трубы может достигать 28 - 32, производительность - 30 -35 м/мин труб. Производительность увеличивается при параллельной установке двух раскатных станов. Оборудование агрегатов располагают очень компактно.
Схема расположения оборудования агрегата 140 приведена рис. 8.11.8.
Рис. 8.11.7. Схема расположения оборудования в агрегате с 3-валковым раскатным станом поперечно-винтовой прокатки:
1 - пресс для ломки заготовки; 2 - кольцевая печь; 3 - машина для загрузки заготовки;
4 - машина для выдачи заготовки; 5 - заценгровщик; 6 - прошивной стан; 7 - 3-валковый раскатный стан; 8 - оправкоизвлекатель; 9 - подогревательная печь с шагающим подом;
10 - калибровочный стан поперечно-винтовой прокатки; 11 - охладительный стол;
12 - ванна для охлаждения оправок; 13 - машина для смазки оправок
ТРУБОПРОКАТНЫЕ АГРЕГАТЫ
617
8.11.2. Основные характеристики прошивных и раскатных станов
Параметр	Тип агрегата		
	Малый	Средний	Большой
Производимые трубы: диаметр, мм длина (максимальная), мм	50 - 90	70 - 170	90 - 240
	8000	10 000	10 000
Диаметр заготовки, мм	60 - 100	90 - 180	120 - 150
Мощность двигателей стана, кВт: прошивного	850	2000	3500
раскатного	450	1250	2500
Годовой объем производства (при трехсменной работе), тыс. т	40	80	130
Рис. 8.11.8. Схема расположения оборудования в агрегате со станом Дишера:
1 - пресс-ножницы; 2 - нагревательная печь; 3 - прошивной стан; 4 - установка для подачи смазки в гильзу;
5 - раскатной стан; 6 - привод дисков; 7 - установка охлаждения оправки; 8 - привод перемещения оправки;
9 - индукционная печь; 10 - редукционный стан; 11 - охладительный стол
Последовательность операций. Заготовку для прокатки - непрерывнолитую или катаную (штангу) - раскраивают на отрезки необходимой длины на пресс-ножницах. Разрезанные заготовки нагреваются до температуры 1220 - 1270 °C в кольцевой нагревательной печи, а затем поштучно транспортируются к зацентровщику и далее - к прошивному стану.
Прошивку осуществляют на 2-валковом стане с бочковидными валками, оснащенном направляющими линейками или приводными дисками. После прошивки гильзы поступают на установку для внесения защитно-смазочного покрытия, а уже смазанные гильзы - на входную сторону 2-валкового раскатного стана с приводными направляющими дисками. Возможно использование одного или двух
станов в зависимости от требуемой производительности.
На входной* стороне на оси стана в гильзу вводится полая, охлаждаемая изнутри оправка, соединенная стержнем с механизмом удержания и движения. Во время прокатки оправка перемещается вперед по ходу прокатки и к концу процесса занимает крайнее переднее положение. Для приема следующей гильзы в линию стана оправка отводится назад и в этом положении охлаждается снаружи в закрытом спреерном устройстве. Механизмы входной стороны раскатных станов обеспечивают одевание гильзы на оправку, подачу гильзы с оправкой к валкам, удержание и перемещение оправки в течение всего процесса раскатки,, отвод оправки в заднее положение и ее охлаждение.
618
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Полученные на раскатном стане черновые трубы после освобождения от оправки направляют в индукционную подогревательную печь (возможно использование печи с шагающими балками), где подогреваются до температуры 950 - 1000 °C и поступают в редукционный (калибровочный) стан. Редуцированные трубы передаются на охладительный стол, затем - на правильные станы, разрезку и далее - в линию отделки.
Годовая производительность трубопрокатных агрегатов с 2-валковыми раскатными станами Дишера следующая:
Годовая
Агрегат	производительность,
тыс. т
ТПА 140:
с одним раскатным станом................. 130	- 180
с двумя раскатными станами................ 180	- 250
ТПА 250 ................... До	350
Агрегаты с 3-валковым раскатным станом Ассела поперечно-винтовой прокатки используют для производства труб диаметром 40 -260 мм при отношении диаметра к толщине стенки 4 - 12. На этих станах возможно производство толстостенных высокоточных труб, что определяет их применение для подшипников качения и других деталей машин.
При прокате тонкостенных труб на концах (особенно задних) труб развивается интенсивная поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие нормально осуществлять прокатку.
Для получения труб меньшего диаметра -от 40 мм в агрегатах используют редукционные станы, хотя, в определенной мере, это ухудшает маневренность агрегата, поскольку в его составе появляется стан с круглыми калибрами. Кроме того, редуцирование снижает точность размеров труб, поэтому на редукционном стане агрегата не применяют больших деформаций и уменьшают диаметр гильз не больше чем на 20 - 25 %. Почти на всех новых агрегатах предусматривают редукционные станы с числом клетей 7 - 14.
Для нагрева заготовок в агрегатах применяют одну или две (реже) кольцевые печи с вращающимся подом.
На входной стороне раскатного стана агрегата располагают механизмы для введения оправки в гильзу и затем совместной подачи их в валки. С этой целью обычно используют механизм, состоящий из двух тележек, перемещающихся с различной скоростью. Тележка, толкающая оправку, имеет большую скорость.
Скатившаяся в приемный желоб гильза удерживается пневматическим прижимом, и как только передний конец оправки выходит из гильзы, прижим отводится, а толкающая гильзу тележка подает ее в валки раскатного стана. Во время прокатки тележки возвращаются в исходное положение.
Прокатку труб в раскатном стане осуществляют на плавающей оправке. Однако известны агрегаты, в которых применяют значительно более короткую удерживаемую оправку, хотя стойкость ее ниже. В связи с тем, что такая оправка приводит к снижению производительности агрегата, она не получила широкого распространения несмотря на то, что для нее не требуется оправкоизвлекатель.
Применяют оправкоизвлекатели разных типов - цепного, реечного и др. Сила, развиваемая оправкоизвлекателем, достигает 100 -200 кН.
Освобожденная от трубы оправка поступает в ванну для охлаждения и затем вновь передается на раскатной стан. Предварительно оправка проходит через специальную смазывающую машину.
Труба после извлечения из нее оправки транспортируется рольгангом в подогревательную печь (обычно с шагающими балками), а затем редуцируется (если в агрегате имеется редукционный стан) и окончательно калибруется на стане поперечно-винтовой прокатки. Для калибровки используют 2- или 3-валковые станы.
После калибровки трубы поступают на охладительный стол. Для подшипниковых труб, во избежании образования карбидной сетки, используют ускоренное охлаждение, для чего на рольганге, транспортирующем трубу к холодильнику, установлены специальные дотирующие устройства спреерного типа. Скорость охлаждения в некоторых пределах может регулироваться количеством подаваемой воды. Окончательное охлаждение заканчивается на холодильнике.
Агрегаты с планетарным станом поперечно-винтовой прокатки (рис. 8.11.9) - новый тип трубопрокатных агрегатов. В планетарном стане рабочие валки расположены в специальной кассете, вращающейся относительно оси прокатки. Использование дифференциального привода позволяет полностью исключить вращение прокатываемого изделия при его поступательном движении, что позволяет объединить планетарный стан с редукционнорастяжным или калибровочным станом в единую непрерывную линию и исключает необходимость промежуточного подогрева черновой трубы. В этом случае сокращаются состав оборудования агрегата и занимаемая им площадь.
СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
619
Рис. 8.11.9. Схема расположения оборудования в агрегате с планетарным станом
Технологический процесс осуществляется следующим образом, Круглую катаную или непрерывно-литую заготовку раскраивают на пресс-ножницах или на специальном абразивном станке. Нагретые в кольцевой печи 1 (см. рис. 8.11.9) до температуры 1180 - 1270 °C заготовки транспортируются к зацентровщику 2 и затем поступают в прошивной стан 3. Прошитая гильза передается на входную сторону планетарного стана 4. В приемном желобе 5 вне линии стана в гильзу вводится предварительно смазанная длинная оправка, и все вместе специальным пере-кладывателем передается на линию прокатки. Хвостовик оправки попадает в замок механизма удержания и далее гильза с оправкой перемещается к валкам планетарного стана.
Процесс прокатки на планетарном стане осуществляется на удерживаемой и перемещаемой по ходу прокатки оправке. После выхода трубы из стана оправка возвращается на входную сторону, высвобождается из замка, сбрасывается в поперечном направлении и поступает на участок циркуляции оправок 6. Передний конец тонкостенной трубы при выходе из планетарного стана обрезается летучей пилой 7, а далее труба подается в редукционный стан 8 таким образом, что процесс прокатки осуществляется одновременно в планетарном и редукционном станах.
Задний конец тонкостенной трубы после выхода из планетарного стана также обрезается летучей пилой. После редуцирования и охлаждения на холодильнике 9 трубы собирают в однослойные пакеты, отрезают их концы и дисковыми пилами осуществляют пакетную резку труб на отрезки заданной длины. Разрезанные трубы передают к правильным машинам и далее - на участок термообработки и отделки.
Годовая производительность агрегатов с планетарным станом, тыс. т: 150 - 170 для ТПА 160; 250 -350 для ТПА 220.
8.11.2. СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
Станы продольной прокатки используют для прокатки труб:
на короткой оправке конусной формы (автомат-станы (табл. 8.11.3) и станы-тандем) -1-я группа;
на длинной плавающей или удерживаемой оправке (непрерывные станы) - 2-я группа;
без оправки (редукционные и калибровочные станы) - 3-я группа.
Станы 1-й группы могут быть одноклетье-выми (автомат-стан) или 2-клетьевыми (стан-тандем) с расстоянием между клетями большим, чем длина прокатываемой трубы. На одноклетьевых станах прокатку проводят за два (иногда три) пропуска с кантовкой в одном и том же калибре, для чего трубу возвращают на передний входной стол роликами обратной подачи. В станах тандем возвратного движения нет.
Рабочая клеть автомат-стана (рис. 8.11.10) имеет две станины 1 закрытого или открытого типа с общей съемной крышкой 2. Обе станины опираются лапами на пли-тавины 3. Подъем и опускание верхнего валка 6 при передаче трубы на передний стол осуществляется клиновым механизмом 4, состоящими из сдвоенного клина, установленного между нажимным винтом и подушкой верхнего валка. Обычно клин перемещается с помощью пневмоцилиндра. Наличие клинового механизма и роликов 5 обратной подачи труб - ха-рактерая особенность автоматов-станов.
Рабочие клети станов-тандем отличаются отсутствуем клинового механизма и роликов 5 обратной подачи.
Валки автомат-станов и станов-тандем обычно изготовляют из чугуна. Диаметр валков
D = 2^тах + (300 - 360) мм, где ^тах " максимальный диаметр прокатываемой трубы.
620
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
8.11.3. Технические характеристики автоматических станов
Параметр	Типоразмер стана		
	140	250	400
Размеры валка, мм: . диаметр	600 - 710	640 - 750	960 - 1100
длина бочки	1600	1700	1550
Число ручьев	8	7	5
Частота вращения валков, мин'1	68 - 136	75	60 - 92
Наибольшие размеры труб: диаметр, мм	148	219	377
длина, м	13,4	13,5	15,5
Мощность привода валков, кВт	1400	1100	1840
Передаточное отношение редуктора	5,3	5,7	6,0
Размеры роликов обратной подачи, мм: диаметр	460 - 540	450 - 600	720 - 760
длина	1600	1700	1550
Частота вращения роликов, мин'1	200 - 535	100 - 190	83 - 167
Мощность привода роликов обратной подачи, кВт	46	55	140
Рис. 8.11.10. Рабочая клеть автоматического стана
В качестве привода используют двигатели постоянного тока. Привод автомат-станов осуществляется через редуктор и шестеренную клеть с помощью шпинделей и удлиненных
зубчатых муфт. Станы-тандем имеют безредук-торный привод.
Удаление о п р а в к и при возврате трубы на авгомат-стане и установка ее перед после-
СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
621
дующей прокаткой осуществляется механизмом замены оправок (рис. 8.11.11). Возврат трубы и ее кантовка проводится фрикционными роликами (рис. 8.11.12).
Очаг деформации при прокатке на короткой оправке (рис. 8.11.13) имеет две зоны 1\ - захвата гильзы валками и ее редуцирования по диаметру Jr; /2 - обжатия по стенке, причем в основном на конической части оправки /к.
Длина участка обжатия стенки
12 = cos^ х
х ^(^min + 5г) ~ (^min +	~ COS 2^7 —
- 0^(7?mjjn + 5К — 4jtg^>) sin
Рис. 8.11.13. Схема очага деформации при прокатке на короткой оправке
где T^nin - радиус валка по вершине калибра; 5г и - толщины стенки соответственно гильзы и катаной трубы за пропуск; /ц - длина цилиндрического пояска оправки, выступающего за линию центров валков; ф - угол наклона образующей оправки к ее оси.
Рис. 8.11.11. Схема работы механизма замены оправок:
7 - пневмоцилиндр; 2 - корпус; 3 - лоток; 4 - копир; 5 - оправка с наконечником
Рис. 8.11.12. Схема задамице-кантующих фрикционных роликов:
7 - привод вращения роликов; 2 - пневмоцилиндр;
3 - ролики
Полная длина очага деформации
I 4^min ।
2 у dr -
или приближенно
4> ~ ^к)^пйп »
здесь dT и t/K - диаметры соответственно гильзы и катаной трубы.
Длина зоны редуцирования
/1 = /о - h-
Радиальное обжатие за один пропуск при прокатке толстостенных труб не превышает 4 -5 и тонкостенных 2 - 3 мм. Коэффициент вытяжки не более 1,5 - 1,6.
Форма горизонтальной проекции контактной поверхности трубы с валком (рис. 8.11.14) зависит от условий деформации. На рисунке do - диаметр гильзы, b - ширина калибра.
При практических расчетах площадь контактной поверхности удобно определять по формуле типа
Kb^lo,
где К - коэффициент формы контактной поверхности; значения К при прокатке: круглой гильзы или трубы 1,1 -1,2; овальной трубы на ребро 0,78 - 0,9; трубы в овальном калибре 0,8 - 0,85.
Полная сила, действующая на валки, при прокатке в круглом калибре
? ~ Pvp\Fк1 + Рср2Лс2
где рср1 и FKi - среднее нормальное напряжение и горизонтальная проекция контактной поверхности в зоне редуцирования; рср2 и Fk2 ~ то же» н0 в зоне обжатия.
622
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.14. Форма горизонтальной проекции контактной поверхности трубы с круглым (а) и овальным (6) калибрами при первом пропуске, с круглым калибром (а) при втором пропуске и трубы с цилиндрической оправкой при первом (г) и втором (д) пропусках
По формуле В. П. Анисифорова
Pcpl = 1 + 0,9
г- к. ср у
•
7 ^ср ’
где kf - сопротивление деформации при температуре прокатки.
Для зоны обжатия среднее нормальное напряжение можно определить по формуле А. И. Целикова [4] или по приближенной формуле
, Г Рср2-М5*л1 + \ Эр I э
где ц - коэффициент трения.
Осевая сила Q, действующая на оправку, по опытным данным равна:
Q = (0,4 - 0,5)Р при прокатке тонкостенных труб.
При прокатке толстостенных труб
0 = (0,15 - 0,2)Р поскольку среднее давление и сила, действующая на стержень, меньше.
Момент прокатки определяют из условия, что равнодействующие силы на участках редуцирования и обжатия стенки приложены к середине дуг захвата каждого участка. С учетом осевой силы (рис. 8.11.15)
М = PtRnb sin^-рз- + PtR'Hb sin ^2- +
+(« + flQe
Д™” + 2 J 2 ’
где - диаметр калибра.
Прокатка труб на короткой оправке сопровождается большими динамическими нагрузками. Коэффициент динамичности может быть равен: Кл = 2 - 5 (большее значение относится к быстроходным валам приводов, меньшее -тихоходным). Пик динамической нагрузки возникает в тот момент, когда передний конец
Рис. 8.11.15. К определению момента прокатки в короткооправочном стане
трубы входит в валки рабочей клети стана. Энергосиловые параметры прокатки приведены в табл. 8.11.4.
Станы 2-ой группы - это станы непрерывной прокатки, обычно с восемью - девятью одинаковыми рабочими клетями и индивидуальным приводом для каждой клети. Чаще всего клети располагаются под углом 45° к горизонту и 90° относительно друг друга (рис. 8.11.16). Привод валков осуществляется через цилиндрические зубчатые передачи. В станах с вертикально-горизонтальными валками применяют тяжелонагруженные конические передачи, поэтому в последнее время их не строят. Перевалку на станах выполняют посредством замены клетей. В стане должны быть предусмотрены три комплекта клетей -рабочий, подготовленный для замены и находящийся в подготовке.
Рабочая клеть (рис. 8.11.17) содержит станину 2, узлы валков /, верхний 3 и нижний 4 нажимные механизмы и механизм 5 осевой ре1улировки.
Станина рабочей клети закрытого типа. Боковые поверхности окон станины облицованы сменными планками. Подушки валков -литые. Для повышения износостойкости боковые поверхности подушек, соприкасающиеся с облицовочными планками окна станины, имеют закаленный слой с твердостью 40 HRC.
СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
623
8.11.4. Энергосиловые параметры прокатки на короткой оправке
Размер, мм		Марка	Сила, действующая на валок, кН				Сила, действующая на оправку, кН	
трубы	гильзы	стали	пиковая		установившаяся		пиковая	
		трубы	I*1	/1*2	/	П	/	//
83 х 8	89 х 11,5	12Х18Н10Т	800	750	700	600		260
83 х 10	88 х 12,4	12Х2МФ	670	560	500	470	260	190
159 х 12	170 х 17,0	35Х 10	750	520	570	390	700 690	570 550
219 х 8	230 х 13,5	15Х5М	ИЗО 1450	920 1300	840 1200	800 1250	960 1280	850 900
Размер, мм		Марка	Сила, действующая на			Момент прокатки, кН *		м
		стали	оправку, кН					
трубы	гильзы	трубы	установившаяся		пиковый		установившийся	
			I	П	/	//	/	//
83 х 8	89 х 11,5	12Х18Н10Т	340	200	90	90	60	42
83 х 10	88 х 12,4	12X2 МФ	170	150	85	55	36,6	22
159 х 12	170 х 17,0	35Х 10	280 250	240 250	180 150	135 135	62,5 52,5	55 45
219 х 8	230 х 13,5	15Х5М	590 750	550 680	180 240	145 200	75 95	55 60
Ф1 Первый пропуск.
♦2 Второй пропуск.
Рис. 8.11.16. Непрерывный стш с наклонным расположением клетей и их приводов: 1 - клети; 2 - плитавина; 3 - зубчатый цилиндрический редуктор; 4 - электродвигатель
624
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.17. Рабочая клеть непрерывного стана конструкции ВНИИМЕТМАШ - ЭЗТМ
Верхние подушки имеют встроенное в них пружинное уравновешивающее устройство, благодаря которому обеспечивается постоянное прижатие подушек к нижним и верхним нажимным винтам и выборка зазоров в системе подушка - стакан - винт.
Верхний нажимной механизм предназначен для регулирования раствора между верхним и нижним валками. Сближение осуществляется с помощью нажимных винтов, которые приводятся во вращение от электродвигателя через червячно-глобоидные редукторы, соединенные между собой зубчатой муфтой. Нижнее нажимное устройство предназначено для установки нижнего валка на ось прокатки. Привод нижнего нажимного устройства - ручной.
Рабочие валки перемещают друг относительно друга с помощью механизма осевой регулировки, который крепят на приливах станины. Этот механизм обеспечивает также жесткое закрепление подушек и самих валков в осевом направлении. Опоры валков - четырехрядные подшипники каченид.
Прокатку проводят на свободноплавающей или удерживаемой оправке. Труба и оправка связывают все клети стана в единую динамическую систему с многодвигательным электроприводом. Изменение окружной скорости валков в одной клети вызывает изменение натяжения, а также силы и момента прокатки в смежных клетях стана. Прокатку осуществляют с большой вытяжкой: для труб диаметром до 130 мм коэффициент вытяжки. X = 5 - 6; для труб диаметром до 350 мм X = 4 - 4,5.
При прокатке на участках между 7 и 7 клетями (при девяти клетях стана) натяжение небольшое, а на участках между 7 и 9 обеспе
чивается подпор, необходимый для создания зазора между оправкой и трубой, облегчающий съем трубы с оправки.
Расчет скоростных режимов выполняют с помощью коэффициента кинематического натяжения
с/+1 =
Fi+iyM - -УЛ;
При С > 0 возникает натяжение между клетями, а при С < 0 - подпор. Частоту вращения валков для каждой клети рассчитывают по формуле
Лк.
я/ + 1 = «/Х/+1С/+1 ———
В формулах Ft и /J+i - площади сечения трубы, выходящей из калибра соответственно в ’рассматриваемой и последующей клетях; V, и V/+1 - скорости выхода трубы из валков; Л/ и л/+1 - частоты вращения валков; X/ и X/+i -коэффициенты вытяжки; 7)К/ и 7>к.+) - катающие диаметры валков.
Катающий диаметр валка
/>к =	- ^<*0,
где 7)и - идеальный диаметр валка; dK - диаметр калибра; 0 - угол, определяющий положение точек равных скоростей валка и трубы, т.е. катающего диаметра.
Угол 0 находят из уравнения равновесия, полученного при проектировании всех сил, действующих в очаге деформации, на ось прокатки [4].
Определение силы и момента прокатки в непрерывных оправочных станах трудоемко, так как необходимо вначале вычислить зоны опережения металла на контактных поверхностях трубы с валком и с оправкой. Последняя определяется из условия равновесия оправки. Метод расчета усилий моментов прокатки приведен в работе [3].
В табл. 8.11.5 приведены экспериментальные данные, полученные при прокатке труб (диаметр х толщина стенки) 108 х 4 мм.
Станы 3-й группы - станы продольной без-оправочной прокатки по назначению подразделяют на калибровочные и редукционные.
Калибровочные станы служат для получения труб с точным диаметром. Обьгшо эти станы состоят из трех - семи клетей.
Редукционные	сганы
предназначены для уменьшения диаметра труб и их калибровки; обычно содержат 12 -20 клетей, работающих с небольшим натяжением или без него; диаметр трубы может быть уменьшен не более чем на 40 - 45 %, при этом
СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
625
8.11.5. Нагрузки, действующие и* валки при прокатке в непрерывном оправочном стане
Номер клети
	1	2	3	4	5	6
Сила прокатки, кН: установившаяся пиковая	800 - 1150 900 - 1250	1000 - 1500 1100- 1600	600 - 900 650 - 950	750- 900 800 - 950	600 - 750 650 - 800	600 - 700 650 - 750
Момент прокатки, кН • м: установившийся пиковый	30 - 35 55 - 60	20 - 35	20 - 40 - 50	30	15 -35-45	25 I 30-40
толщина стенки увеличивается или сохраняется постоянной. Станы, работающие с натяжением - редукционно-растяжные станы, предназначенные для получения тонкостенных труб небольших диаметров; натяжение позволяет толщину стенки уменьшить или сохранить в зависимости от степени натяжения.
Редуцирование с натяжением приводит к образованию утолщенных концов труб, которые в дальнейшем должны быть отрезаны. Чем больше степень редуцирования (может достигать 75 - 80 %) и чем больше применяемое натяжение, тем больше увеличивается длина и масса отрезаемых концов, поэтому считается экономически оправданным применение таких станов при длине исходной трубы не менее 15 - 20 м.
Применение в станах продольной прокатки на оправке устройств для утонения концов позволяет несколько уменьшить потери металла из-за утолщенных концов. В этом случае исходная длина трубы может быть несколько короче - до 11 - 12 м.
Число валков в клетях станов. Станы продольной безоправочной прокатки могут иметь клети с двумя и тремя вал
ками. Станы с 3-валковыми клетями получили в последние годы большее распространение. Преимущество 3-валковых клетей - обеспечение более высокой точности труб по толщине стенки и возможность располагать приводные валы во всех клетях горизонтально (в 2-валковых - под углом 45°), а привод - по одну сторону от оси прокатки, что облегчает обслуживание стана. Трехвалковые клети позволяют обеспечить несколько меньшее расстояние между клетями. Этот важный параметр редукционного стана определяет, при прочих равных условиях, меньшую длину и массу утолщенных концов.
Конструктивно 3-валковые рабочие клети (рис. 8.11.18) могут быть двух типов. В клетях первого типа имеется один вводной вал, а распределение момента между валками осуществляется внутри клети. Клети второго типа имеют три вводных вала, а распределение момента осуществляется в дополнительной шестеренной клети, которая может иметь различные конструктивные решения. Первый тип клети существенно упрощает привод стана, облегчая весь стан, но по долговечности значительно уступает второму типу.
Рис. 8.11.18. Кинематические схемы 3-валковых клетей: а - с одним вводом; б - д - с тремя вводами
626
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.19. Принципиальные схемы приводов рабочих валков:
а - индивидуальный; б - групповой; в и г - комбинированные (дифференциальные); 1 - 3 - клети; приводные двигатели: 4 - индивидуальный; 5 - групповой; 6 - главный групповой;
7 - вспомогательный индивидуальный; 8 - вспомогательный групповой
Привод рабочих клетей, (рис. 8.11.19). Существуют три вида привода: групповой, индивидуальный и комбинированный.
Групповой привод наиболее прост: от одного двигателя приводятся валки всех клетей, для чего используют, например, редукторы с коническими передачами. При таком приводе изменять величину натяжения нельзя.
Применение индивидуального привода влечет увеличение суммарной мощности двигателей и требует, в случае использования этого привода, для редукционно-растяжных станов применения систем стабилизации скорости валков.
Сущность комбинированного привода заключается в том, что валки каждой клети вращаются в результате суммирования скоростей, передаваемых двум звеньям дифференциала независимыми трансмиссиями. Таким образом, обязательным узлом комбинированного привода является дифференциальная передача.
В зависимости от того, какие трансмиссии осуществляют передачу вращения к диф
ференциалу, могут быть различные виды привода. В тех случаях, когда каждая трансмиссия в отдельности представляет групповой привод -привод стана называют дифференциальногрупповым. Он осуществляется от двух двигателей - главного и вспомогательного. Если одна трансмиссия является групповым приводом, а другая - индивидуальным (чаще всего гидроприводом), то такой привод носит название дифференциально-гидравлический. Комбинированный (дифференциальный) привод характеризуется, по сравнению с индивидуальным, большей жесткостью и меньшей установочной мощностью двигателей. Вместе с тем, механическое оборудование стана в этом случае заметно усложняется и удорожается. При больших скоростях редуцирования в дифференциальных редукторах возникают чрезмерно большие окружные скорости, и надежность работы заметно снижается. Поэтому дифференциальный привод не применяют в тех случаях, когда необходимо в редукционном стане иметь скорость больше 10 - 42 м/с.
Конструктивные параметры редукционных и калибровочных
СТАНЫ ПРОДОЛЬНОЙ ПРОКАТКИ
627
станов выбирают на основе кинематического и силового расчетов, в ходе которых определяют диапазон изменения скоростей электродвигателей, передаточные числа редукторов, моменты прокатки и силы прокатки по клетям.
Расчет процесса редуцирования труб начинают после выбора режима /Л/ обжатий трубы в калибрах валков, определяющих конечный диаметр трубы, и коэффициента х относительного натяжения, равного отношению продольного напряжения ст, в трубе к сопротивлению материала пластической деформации 2k, определяющего конечную толщину стенки:
х = Я/ / (2k).
Основа излагаемого метода расчета установившегося режима редуцирования труб разработана В. П. Анисифоровым [1].
По известному режиму обжатий определяют:
средний наружный диаметр трубы
= <//-10 - mj);
величину абсолютного обжатия
At/y = J/_i - d(, диаметр валка по дну калибра
Рц/ ~ fy/ii ~ di, где - идеальный диаметр валка; длину дуги захвата
=7пд/(^/2).
Угол, характеризующий точку равных скоростей трубы и валка и соответствующий редуцированию без натяжений, вычисляют из выражения
0ко/ ~ (я/(2а)){1 “ ^/(м^д/)),
ще а - число валков в клети; ц - коэффициент трения между металлом и валками.
Коэффициент влияния внеконтактных зон деформации
Л/ = 1 +	/ (2^) >
где Si - толщина стенки трубы.
На основании принятого режима натяжений рассчитывают: коэффициент утонения
2II - ТТ/ —-— 111------ 1
₽(=7-------Чт--------—г—
толщину стенки трубы st =[1 + Р/(д^/ / величину вытяжки приращение натяжения
Д*/ = (*н-1 - 'kiXi-i); приращение угла Д0К/ = (я / (2аХ^и/ / 2н(П(/())Дх(. Формулы, используемые для расчета основных параметров валков: угол, определяющий положение катающего диаметра:
®к/ = ®ко/ A@k/> катающий диаметр:
~	~ COS0kZ;
скорость прокатки:
vz =v/_1Xz;
частота вращения валков:
v/ ni = J ;
яДк/
коэффициент частоты вращения валков: £/ = л//ль
Кинематический расчет выполняют с учетом того, что трубы редуцируются с минимальным и максимальным натяжениями. Это позволяет установить диапазон частот вращения валков для каждой клети и правильно выбрать передаточные числа редукторов и диапазон регулирования скорости электродвигателей.
Далее определяют силу и момент прокатки на валках:
сила прокатки
п < xi-l+2xi+l , • Я
Р/ = 2* 1- з	sin-,
тде к - коэффициент сопротивления деформа-ции;
628
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
момент прокатки
М =
л .к dt 2 sin— L t
a
sin — - 2sinGK/ , a	J
где a - число валков в клети.
8.11.3.	СТАНЫ ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ
Пилигримовая (пилъгерная) прокатка, осуществляемая на пилигримовых станах (табл. 8.11.6) является периодическим проце-сом - за каждый оборот валков прокатывают небольшой по длине участок трубы. Затем специальным подающим аппаратом проводят осевое перемещение (подачу) трубы для последующего обжатия.
Конструкция станов. Пилигримовая клеть (рис. 8.11.20) имеет две станины 2 закрытого типа в виде жестких прямоуголь
ных рам. В проемах станин размещаются подушки рабочих валков 4 обычной для прокатных станов конструкции. Шейки рабочих валков вращаются в текстовых вкладышах 7, вмонтированных в подушки. Нижний валок регулируется по высоте прокладками, которые устанавливают под подушки, или клиньями, а верхний рабочий валок перемещается двумя нажимными винтами, вращающимися от электродвигателя 1 через червячные передачи, размещенные вверху станин. Уравновешиваются валки устройством 6.
Со стороны входа гильзы в клеть установлено шиберное устройство 3, которое удерживает гильзу при извлечении из нее дорна после окончания прокатки. Дорн свободно проходит в вырезе шибера, а гильза упирается в его выступы. Опускается шибер под действием силы тяжести, а поднимается - гидроцилиндром. Перед шибером установлены подъемные ролики 5. Смена валков производится устройством 8.
8.11.6. Технические характеристики пилигримовых станов
Параметр	Типоразмер стана	
	350	220
Размеры прокатываемых труб, мм: диаметр толщина стенки*1 длина*2	182 - 392 6,0 42 000	135 - 260 4,5 38 500
Диаметр валка, мм	1100	740
Частота вращения валка, мин-1	55 - 90	85 - 95
Осевая подача, мм	10 - 35	10 - 35
Максимальный подъем шпинделя, мм	500	380
Двигатель главного привода: мощность, кВт частота вращения, мин'1	3000 45 - 90	1950 60 - 120
Маховик: диаметр, мм масса, т	8500 74	-
Ход каретки подающего аппарата, мм	12 300	8800
Сила, кН: подачи обратного хода	980 1450	475 1010
Рабочее давление при подаче, МПа	10	20
м Минимальная толщина. *2 Максимальная длина.		
СТАНЫ ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ
629
Рис. 8.11.20. Рабочая клеть стана пилигримовой прокатки
Рабочие валки пилигримового стана имеют круглый ручей переменных по окружности ширины и глубины. При вращении валков размеры калибра "в свету" непрерывно меняются, и следовательно, профиль калибра за полный оборот валков получается переменным.
При максимальном радиусе ручья валки образуют холостой - свободный от контакта с гильзой - участок калибра. На этом участке диаметр калибра больше диаметра гильзы, поэтому гильза вместе с дорном продвигается подающим аппаратом на расстояние, равное подаче. При дальнейшем вращении валков размеры калибра постепенно уменьшаются, и валки начинают проводить обжатие, которое возрастает с уменьшением радиуса ручья. Валки отжимают захваченный кольцеобразный участок гильзы в направлении их вращения, а гильза вместе с дорном перемещается против направления подачи. После поворота валков на 360° вновь раскрывается не контактирующий с гильзой участок калибра и с помощью подающего аппарата гильза снова поступает в валки. Одновременно с подачей гильза поворачивается на 90°.
Материал рабочих валков - углеродистая сталь марки 45. Сердцевина валков мягкая, рабочая поверхность твердая, что достигается наплавкой.
Диаметры валков пилигримовых станов определяют, используя следующие эмпирические зависимости:
#и — l,35r/max + (550 - 600) мм для больших станов;
В^ = 1,25£/тах + (450 - 550) мм для средних станов;
~ 2,0<4tiax + 150 мм для малых станов.
В этих зависимостях Вц - идеальный диаметр валка; dj^ - максимальный диаметр труб, прокатываемых на стане.
Длину бочки рассчитывают также по эмпирическим зависимостям:
L = 2,5£>и для малых станов;
L = 1,5/^j + 150 мм для средних и больших станов.
Привод валков осуществляется от электродвигателей постоянного тока. Для защиты двигателей от пиковых нагрузок, неизбежно возникающих в процессе прокатки, а также для накопления энергии при холостом ходе устанавливают маховики.
Подающий аппарат (рис. 8.11.21) -наиболее ответственный механизм пилигримового стана, подающий гильзу в образующийся зев валков на определенную подачу и кантующий ее на заданный угол. Подача должна осуществляться быстро и точно (синхронно с валками), а торможение - мягко и в строго заданном положении.
Приводы. Как правило, подающие аппараты снабжены пневматическим приводом подачи и гидравлическим - торможения. Обычно аппарат представляет собой стальной литой корпус с воздушной и водяной камерами. Внутри корпуса движется плунжер, к концу которого прикреплен дорновый замок I. На
630
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рис. 8.11.21. Схема подающего аппарата
другом конце плунжера установлена шлицевая гайка 2, находящаяся в зацеплении с дрелью 3. К задней стороне корпуса крепят коробку храпового механизма 4, а в расточки корпуса -тормозную буксу 5 и сальники, разделяющие воздушную и водяную камеры. Гильза подается в валки под действием сжатого воздуха давлением 1 МПа и более.
Торможение. Поршень вместе с дорном и гильзой останавливается гидравлическим торможением. Тормозная камера всегда заполнена водой. Перемещающийся поршень вытесняет воду через клапаны, с помощью которых регулируют работу тормозного устройства. Давление воды в этом устройстве не превышает 0,6 МПа. Одновременно с подачей гильзы поворачивается дрель, а вместе с ней - и гильза. Угол поворота обычно близок к 90°.
После очередной подачи в процессе раскатки гильзы каретка подающего аппарата перемещается вперед гидравлическими цилиндрами, надвигаясь на поршень, а гильза вместе с дорном и поршнем движется назад. Давление воды в гидравлическом цилиндре доходит до 20 МПа. Таким образом, при пилигримовой прокатке дорн с гильзой-трубой совершает возвратно-поступательное движение, а раскатываемый участок трубы постепенно сходит с дорна.
Кинематика процесса и энегросиловые параметры. Ручей валка пилигримового стана имеет две основные части: рабочую, определяемую центральным углом 0р (рис. 8.11.22), и холостую, определяемую углом 0Х. Для того чтобы подающий аппарат обеспечивал своевременную подачу и кантовку гильзы, угол холостой части калибра должен быть не менее 150 - 160°.
Рас. 8.11.22. Рабочий валок стана пилигримовой прокатки: Ри - идеальный диаметр валка; Dq - диаметр бочки валка
СТАНЫ ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКИ
631
Рабочая часть калибра состоит из двух основных участков - участка, определяемого углом 0g и называемого бойкам, которым осуществляется основная деформация обжатия стенки гильзы. На этом участке радиус валка рО гребня (дна) валка непрерывно возрастает. Второй участок - полирующий или калибрующий 0К - имеет постоянный радиус рп валка. На этом участке труба получает окончательные диаметр и толщину стенки. На дуге угла 0В происходит переход от рабочего участка к холостому.
За время одного цикла, соответствующего одному обороту валка, получают отрезок трубы длиной
/т = mXz,
где т - подача гильзы; Х2 - суммарная вытяжка; Xs = FT / FT (FT и FT - площади сечения соответственно гильзы и трубы).
Обжатие при периодической прокатке равно разности между высотой рассматриваемого сечения и высотой сечения, отстоящего от рассчитываемого на таком расстоянии, при котором объем, заключенный между этими сечениями, равен объему подачи металла. Это положение следует из закона постоянства объема металла при прокатке. Таким образом, задача определения обжатия сводится к определению линейного смещения металла 1Х (рис. 8.11.23) в процессе деформации, т.е. к определению расстояния между данным сечением пилигримовой головки и искомым при условии, что объем, заключенный между этими сечениями, равен объему подачи металла:
&SX = SX-S^,
где Sx - высота сечения пилигримовой головки до деформации, в котором определяется обжатие; Sx - высота сечения, отстоящего от первого после деформации на длину 1Х линейного смещения;
= ($х ”
где р - угол наклона касательной к профилю головки.
Обжатие
Д5 = Sx - ^Sx - 25r/ntgp.
Рис. 8.11.23. Схема к расчету обжатия при прокатке в пилигримовом стане
Большое распространение получила также формула П. К. Тетерина
Д5; = m(Fr / Fx)tgP,
где Fx - площадь сечения гильзы в рассматриваемом сечении.
Площадь горизонтальной проекции поверхности соприкосновения с достаточной степенью точности можно определить по формуле
F — ^ср^2^хРх >
где т) - коэффициент формы контактной поверхности; Z)cp - средний диаметр калибра в очаге деформации; рх - радиус валка по дну калибра в рассматриваемом сечении.
Коэффициент т| учитывает отклонение задней границы очага деформации от линии центров, площадь языков контактной поверхности, а также неполное заполнение выпусков калибра металлом (q » 0,96 - 1,13).
Среднее давление металла на валки [36] в упрощенном виде можно записать так:
р = и и 11,06 + 0,22—I, \	s)
где ои - истинное сопротивление металла деформации при линейном напряженном состоянии, которое зависит от марки стали, скорости и степени деформации; / - длина дуги захвата; 5 - средняя толщина стенки в мгновенном очаге деформации.
Вертикальную составляющую силы, действующей на валки, определяют по формуле
P — pF.
Экспериментальные данные приведены в табл. 8.11.7.
632
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
8.11.7. Максимальное значение сил прокатки труб на пилигримовом стане 8-16 дюймов
Размеры, мм				Материал трубы	Коэффициент вытяжки	Подача, мм	Температура, °C	Фактическая сила прокатки, МН
гильзы		трубы						
наружный диаметр	толщина стенки	наружный диаметр	толщина стенки					
615	77,5	465	15	38ХА	6,18	20	1020	6,9
						27 - 28	1100	6,3
	90	451	22	Углеро-дистая сталь	5,01	23	1010	2,8
						27 - 28	1030	з,з
590	77,5	426	11		8,5	22 - 23	1040	4,3
						26 - 27	1110	4,1
600	82,5	426	17	12ХМФ	6,15	34 - 36	1080	4,3
	60		32	35ХМ	2,57	33 - 34	1070	4,6
590	135		60	12ХМФ	2,80	31,7	1080	2,9
550	80	377	9	Углеро-дистая сталь	11,30	22,5-23,5	1060	4,4
			12		8,50	29 - 30	1060	4,9
			16		6,40	43 - 44	1060	5,0
505	77,5	351	11		8,85	26	1030	4,5
460	62,5	325	9		8,74	24	1070	3,6
Примечание. Радиусы бочки валка, мм: рабочий 520; идеальный 530 - 535.
8.11.4. СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
Классификация станов поперечновинтовой прокатки. Станы достаточно широко распространены и являются составным элементом любого трубопрокатного агрегата.
По назначению станы подразделяют на прошивные, раскатные (элонгаторы и риллинги), расширители и калибровочные.
В прошивных станах проводят одну из самых главных операций - из сплошной круглой или многогранной заготовки получают пустотелую гильзу.
Раскатные станы предназначены, в основном, для уменьшения толщины стенки с соответствующим удлинением трубы. В раскатных станах в качестве исходного материала используют полую гильзу, иногда с донышком (стакан). ’В тех случаях, когда в станах получают гильзу, а не черновую трубу, то такие станы называют элонгаторами (удлинителями).
Риллинги служат для выравнивания толщины стенки (уменьшения разностенности), устранения шероховатости и мелких поверхностных рисок. Иногда риллинги используют для обкатки труб и облегчения условий извлечения длинных цилиндрических оправок, на которых проводилась предшествующая деформация, так как при риллинговании всегда несколько увеличивается диаметр труб.
Стан-расширитель также является раскатным станом, в котором диаметр трубы увеличивается пропорционально уменьшению толщины стенки, а длина трубы практически не изменяется. В силу специфичности процесса станы-расширители считают самостоятельным видом.
В калибровочных станах поперечновинтовой прокатки процесс осуществляется без оправки. Станы предназначены только для выравнивания наружного диаметра. Эти станы распространены не очень широко из-за ограниченности сортамента (только, толстостенные трубы), а также невысокой пропускной способности, хотя станы, как и все станы поперечно-винтовой прокатки, характеризуются высокой маневренностью - в одних и тех же валках можно прокатывать трубы разного диаметра.
По кинематической схеме станы поперечно-винтовой прокатки различны, что обусловлено прежде всего, способом передачи заготовке, поступательного осевого движения -в одних станах это достигается в результате перекоса валков на угол подачи а, в других -смещением оси прокатки относительно осей дисков (рис. 8.11.24).
СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
633
Рис. 8.11.24. Схемы прошивных станов винтовой прокатки с бочкообразными (а), дисковыми (б) и грибовидными (в) валками:
1 - валки; 2 - оправка; 3 - заготовка; 4 - линейки
Станы первого типа в зависимости от направления угла раскатки 8 подразделяют на три вида. Если 8 = 0, то валки называют бочкообразными. При 8 > 0 диаметр валков по ходу прокатки возрастает (при больших углах раскатки такие валки называют грибовидными); при 8 < 0 диаметр валков уменьшается (чашевидные валки).
Станы второго типа - дисковые станы -распространены значительно реже и могут быть также двух видов - с симметричным и несимметричным положением валков. Станы с несимметричным положением валков уже не строят, но они еще встречаются в трубных цехах.
Число валков. Станы поперечновинтовой прокатки могут иметь два или три валка. При прошивке сплошной заготовки число валков в стане имеет важную технологическую особенность. Деформация металла в 2-валковом стане характеризуется разноименной схемой напряженного состояния в сердце-вине заготовки, тогда как при прошивке в 3-валковом стане в сердцевине преобладают сжимающие напряжения. Все это приводит к тому, что в 3-валковом стане вероятность вскрытия полости перед оправкой значительно меньше, чем в 2-валковых станах. Поэтому менее пластичный металл или металл с литой структурой предпочтительней прокатывать в 3-валковых станах.
Способ использования оправки. Оправка является важным деформирующим инструментом любого стана поперечно-винтовой прокатки, и по способу ее использования станы могут быть разных типов. Станы с фиксированной в осевом направлении оправкой используют при прошивке в рил-лингах, элонгаторах и расширителях. В раскатных станах, а иногда и в риллингах используют плавающую оправку, осевое перемещение которой происходит с использованием сил трения, возникающих в зоне контакта с деформируемым металлом. Применяют также удерживаемую оправку, перемещение которой с заданной скоростью проводится специальным механизмом.
Конструкция станов. Различают прошивные станы с 2- и 3-валковыми рабочими клетями. Для прошивные станов наиболее часто применяют 2-валковые рабочие клети с регулируемым (в пределах 11 - 15°) углом подачи (табл. 8.11.8). Регулирование угла подачи осуществляется барабанами, в расточки которых закладывают валки с подушками. Диаметр барабанов, по существу, определяет габаритные размеры рабочей клети. Диаметр рабочих валков, которые определяют размер барабанов, рассчитывают, учитывая прежде всего, прочностные характеристики. Значительное влияние на выбор диаметра валка при проектировании новых станов оказывают также условия захвата заготовки и износостойкость валков.
634
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
8.11.8. Технические характеристики 2-валковых рабочих клетей прошивных станов
Параметр	Типоразмер стана		
	140	250	400
Размеры валка, мм: диаметр	900	1000	1300
длина бочки	600	600	760
Диаметр, мм: барабана	1300	1800	2600
заготовки	150	250	350
Угол подачи, ...°	До 20	До 12	
Частота вращения валков, мин'1	180	90 - 160	55 - НО
Мощность двигателя, кВт	2000	3600	3680
Передаточное отношение в шестеренной клети	2,8	2,7	2,0
Межосевое расстояние зацепления в шестеренной клети, мм	1000	1300	1500
Скорость перемещения, мм/с: нажимного винта	1,8	3,07	2,0
линеек	2,5	1,97	4,0
Скорость поворота барабана, град/с	0,65	0,55	0,16
Расчетная сила давления на рабочий валок, кН радиальная	1200	1300	2500
осевая	300	400	500
Вращающий момент на рабочем валке, кН • м	200	250	500
В зависимости от максимального диаметра (А^пдх) используемой заготовки размеры бочки валка можно определить по следующим зависимостям:
диаметр бочки валка
D = З^пах + (350 - 450) мм;
длина бочки валка
L = (0,55 - 0,70)Д
Обычно рабочая клеть состоит из станины 1 коробчатой формы с крышкой (рис. 8.11.25). В расточках станины установлены два барабана 2, на которых смонтированы механизмы для перемещения валков в горизонтальном направлении, осуществляемого при перемене диаметра прокатываемых заготовок и для установления нужного режима деформации.
Рабочие валки устанавливают в подушках на подшипниках качения. Кассета с валком в барабане перемещается двумя нажимными винтами 5, которые упираются в кассету через бронзовую пяту.
Рис. 8.11.25. Рабочая клеть прошивного стана
СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
635
Аналогичную конструкцию имеют 3-валковые рабочие клети с той лишь разницей, что в станину закладывают три барабана, в которых размещены валки с небольшим углом раскатки. Увеличенное расстояние между осями валков со стороны их привода, необходимое для размещения шпиндельных соединений, определяет необходимость введения угла раскатки, который обычно не превышает 7°. Перестройку стана на прокатку большего или меньшего круга проводят радиальным перемещением барабанов, а изменение угла подачи -поворотом барабанов с последующим их стопорением. Технические характеристики 3-валковых станов даны в табл. 8.11.9.
В 3-валковых клетях нет линеек или какого-либо другого инструмента, сдерживающего тангенциальную деформацию металла, что приводит к возможности получения в таких клетях только толстостенных гильз (при прошивке) либо толстостенных труб (при раскатке на оправке). И в том, и в другом случае практически предельным является отношение диаметра к стенке, равное 10 - 11.
При прокатке более тонкостенных труб [(D/S) > 10 - 11] на их концах появляются раструбы, осложняющие окончание процесса
прокатки. При риллинговании, когда обжатие стенки трубы незначительно и обычно не превышает 5 - 10 %, трудностей в прокатке тонкостенных труб не возникает, поскольку концевые раструбы в этом случае имеют незначительные размеры.
Рабочая клеть располагается между входной и выходной сторонами стана. Назначение входной клети - прием прокатываемой заготовки (трубы) и совмещение ее оси с осью стана, подача этой заготовки в рабочую клеть и ограничение биения заготовки в процессе прокатки. В 3-валковых раскатных станах, когда прокатка осуществляется на длинной плавающей оправке, на входной стороне должна также осуществляться зарядка оправки в гильзу.
В большинстве станов поперечновинтовой прокатки применяют короткие оправки, укрепленные на конце стержня, поэтому одна из основных операций на выходной стороне стана - снятие гильзы-трубы со стержня. * Эту операцию обычно проводят в линии стана, хотя есть станы, где извлечение стержня из гильзы происходит вне линии прокатки.
8.11.9. Технические характеристики 3-валковых станов производства ЭЗТМ
Параметр	Риллингование на короткой оправке	Раскатка на плавающей оправке
Размеры прокатываемых труб, мм:		
максимальный диаметр	160	208
минимальный диаметр	114	83
толщина стенки	3,75 - 18	7 - 40
длина (максимальная)	15 000	10 000
Диаметр валков в пережиме, мм	650	490
Угол, ... °:		
подачи	0 -	14
раскатки		7
Привод вращения роликов	Индивидуальный	Групповой
Частота вращения валков, мин’1	• 135 - 270	180 - 264
Мощность, кВт	3 х 250	2500
Скорость выдачи труб, м/с:		
пониженная	3,5	
повышенная	7,0	
Расчетная сила воздействия, кН:		
на валок	400	840
на оправку	180	-
Расчетный вращающий момент на валке, кН * м	20	60
Масса механического оборудования, т	272	315
636
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Ряс. 8.11.26. Трехроликовый центрователь
По системе снятия гильзы со стержня выходные стороны могут быть двух типов: с боковой выдачей гильзы (трубы), когда после окончания прокатки стержень отводится в заднее крайнее положение, а гильза (труба) сбрасывателями убирается с линии прокатки на решетку, и осевой выдачей, которая обеспечивает более высокую пропускную способность стана. В последнем случае по окончании прокатки стержень удерживается в рабочем положении специальным механизмом перехвата, а гильза снимается со стержня роликами и попадает на отводящий рольганг.
Центрователи стержня. На выходной стороне, независимо от схемы выдачи гильз, установлены роликовые центрователи стержня, которые поддерживают и центрируют стержень как перед прошивкой, так и в процессе прошивки, когда на него действуют большие осевые силы и возможен его продольный изгиб. По ходу прокатки размещают несколько цен-трователей.
По мере подхода переднего торца гильзы ролики центрователя разводятся так, чтобы между ними свободно проходила прошиваемая гильза. В таком положении центрователи превращаются в роликовые проводки. Закрываются и открываются роликовые центрователи с помощью системы рычагов от пневматических цилиндров. Ролики центрователей не приводные, их устанавливают на подшипниках качения и предусматривают водяное охлаждение. Для малых и средних станов применяют 3-роликовые центрователи (рис. 8.11.26), для больших - 4-роликовые. При боковой выдаче гильз центрователи должны раскрываться после прокатки для выдачи гильз.
Кинематика процесса поперечновинтовой прокатки включает вращение и пе-
Рис. 8.11.27. Схема определения составляющих скорости валка
ремещение прокатываемого изделия и радиальное обжатие его валками. Вектор окружной скорости Wx валка в любой его точке (рис. 8.11.27) можно разложить на две составляющие:
тангенциальную, сообщающую изделию вращательное движение:
vx = wx(cospcosco ± sin со sin р sin ф);
осевую, сообщающую изделию поступательное движение (скорость подачи):
СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
637
их = wx(sinp cosco ± sin со cosр sin ср);
где р - угол подачи; со - угол встречи изделия с валком; ф - угол раскатки.
Знаки и зависят от направления углов подачи и раскатки. При бочкообразных валках, когда ф = О,
vx = (icDxn / 60) cosp cosco;
ux = (nDxn I 60) sinp cosco,
где Dx - диаметр валка в рассматриваемом сечении; п - частота вращения валка в минуту; в практических расчетах ввиду малости угла со принимают cos со «1.
Действительные скорости заготовки будут меньше, металл и валки скользят в осевом и тангенциальном направлениях из-за несоответствия их скоростей, вызванного геометрией очага деформации и непрерывно изменяющейся величиной вытяжки. Коэффициент осевого скольжения т]о = 0,75 - 0,95.
Энергосиловые параметры при поперечно-винтовой прокатке определяются по-разному, в зависимости от отношения радиуса г заготовки и ширины b контактной поверхности.
Если 1 £ 2г/Ь <. 8,5, давление определяют по формуле, полученной для случая сжатия толстой плиты двумя узкими штампами;
р = 2fc(l,251n(2r//>) + 1,25(Л>/(2г» - 0,25).
Если 2г/Ь £ 8,5, применяют формулу Прандтля
р = 2£(1 + тс / 2) = 5Д4£ .
Ширину контактной поверхности, необходимую для определения силы прокатки, находят по формуле А. И. Целикова
b = ^2rR / (R + г)]Дгх.
В формулах 2k - сопротивление металла пластической деформации; R - радиус валка; Дгх - абсолютное обжатие заготовки по радиусу каждым валком (рис. 8.11.28), определяемое как разность значений гх для выбранного сечения и сечения, отстоящего от выбранного на расстояние Sx.
В соответствии с рисунком
Arx = 5xtga.
Расстояние Sx определяют из соотношения для поступательной и вращательной скоростей заготовки:
Sx = 60мх / (пт), где п - средняя частота вращения заготовки; т - число валков.
По экспериментальным данным, средние по всей контактной поверхности давления находится в пределах 90 - 120 МПа для углеродистой стали и 150 - 180 Мпа для коррозионно-стойкой стали, причем по длине очага деформации большой разницы в значениях давления не наблюдается. Хорошие результаты, близкие к фактическим, как показывает опыт многочисленных расчетов [1], могут быть получены в том случае, если среднее давление рСр определяют с использованием соотношения
Рср 1»15оСрЛа, а силу воздействия металла на валок, по формуле
В формулах стср - сопротивление материала пластической деформации с учетом температуры, скорости и величины деформации;
Рис. 8.11.28. Схема очага деформации при прошивке
638
Глава 8.11. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Рве. 8.11.29. Схема для определения момента прокатки
Пс - коэффициент напряженного состояния, учитывающий влияние внешнего трения, внешних зон и натяжения; F - площадь контактной поверхности соответствующего участка.
Для определения момента прокатки (рис. 8.11.29) используют формулу
М - P[/?sin\|/cos|3+-^cos\|/coS(p] + + 77?sinp,
где - угол, определяющий направление равнодействующей; р - угол подачи; в - ширина контактной поверхности; ср - угол раскатки.
При отсутствии внешнего осевого сопротивления Т момент, необходимый для вращения валка, будет равен:
М - Р[Я sin у cosp + у cosy coscp].
Когда оси валков параллельны оси прокатываемого изделия, момент прокатки рассчитывают по формуле
М = 0,5P(Z) + d) sin у « 0,5(2) + d)(b / d),
где 2) и d - диаметры соответственно валков и гильзы.
8.11.5. ПЛАНЕТАРНЫЕ СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
Конструкция ставя. Рабочая клеть планетарного стана (рис. 8.11.30) содержит ротор 1 с тремя рабочими валками 2, наклоненными к оси прокатки на угол 45 -60°. В планетарный механизм рабочей клети кроме ротора входят также следующие основные звенья: центральная (солнечная) шестерня 3, сателитные шестерни (конические 5 и цилиндрические 6) и промежуточная шестерня 7. Дифференциальный привод стана состоит из главного двигателя, который через коническую 8 и цилиндрическую 9 пары шестерен приводит во вращение ротор. Вспомогательный двигатель приводит во вращение солнечную шестерню с помощью конической 10 и цилиндрической 11 пар шестерен. Входная и выходная стороны стана обеспечивают прием заготовки и выдачу черновой трубы, а также перемещение оправки в процессе раскатки и во время вспомогательных операций. Изделие (труба) 4 обрабатывается на оправке.
Разработаны четыре типоразмера планетарных станов (фирма "Шлеманн-Зимаг") для раскатки труб (табл. 8.11.10).
Кинематика процесса. Осевую скорость изделия определяют из соотношения
« = —-ftp-22-, 60 Пт
ПЛАНЕТАРНЫЕ СТАНЫ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
639
6	5 /
LJ ш
Рве. 8.11.30. Рабочая клеть планетарного стана
8.11.10. Технические характеристики раскатных станов фирмы "Шлеманн-Зимаг (Германия)
Параметр	Типоразмер стана			
	160-4	220-7	300-15	450-30
Максимальный диаметр гильзы, мм	160	220	300	450
Черновая труба после планетарного стана; размеры, мм: диаметр толщина стенки	110 - 150 3 - 40	160 - 200 4 - 50	220 - 270 5 - 65	370 - 450 8 - 64
Готовая труба; размеры, мм: диаметр толщина стенки	20 - 140 2 - 40	30 - 180 3 - 50	80 - 250 4 - 65	150 - 430 7 - 65
Максимальный диаметр валков, мм	550	760	1030	1350
Момент вращения на каждом валке, кН • м	40	70	150	300
Скорость вращения ротора, мин’1	300	240	200	150
Мощность приводов, кВт: главного вспомогательного	2 х 650 600	2 х 950 950	2 х 1650 1650	2 х 3400 3400
Угол наклона валков к оси прокатки, ...°		50		
Габаритные размеры стана, мм: длина (по оси прокатки) ширина клети общая ширина стана	4400 4000 10 000	5450 5000 12 500	7000 6500 16 250	8600 8000 20 000
Производительность, т/ч	25	50	100	150
640
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
где d - диаметр изделия на выходе из очага деформации, лр - число оборотов ротора в минуту; р - угол подачи; т|о и т|т - коэффициенты скольжения соответственно осевого и тангенциального.
Чтобы предотвратить вращение прокатываемого изделия (трубы), частота вращения солнечной шестерни должна удовлетворять условию
«с = «р(1 -«).
где i - внутреннее передаточное отношение планетарной передачи.
Передаточное отношение / определяют как отношение чисел оборотов солнечной шестерни и прокатываемого изделия при неподвижном роторе. Знак этого отношения должен быть положительным, т.е. при неподвижном роторе направление вращения солнечной шестерни и изделия должно быть одинаковым.
Расчет энергосиловых параметров. Давление р металла на валки и момент прокатки Л/Пр при раскатке на планетарном стане определяют аналогично расчету этих параметров при поперечновинтовой прокатке на оправке.
При известном моменте прокатки на валке определяется момент на роторе для 3-валкового стана:
Л/р — ЗЛ/Пр ~	,
₽	₽ T]TzZ>cosp
где D - диаметр рабочих валков в пережиме.
Момент на солнечной шестерне Мс численно равен моменту на роторе и имеет обратный знак:
Мс = -Л/р.
Мощности: подводимая к ротору:
подводимая к солнечной шестерне:
~ Л/сяс;
Для рационального распределения мощностей между главным и вспомогательным двигателями и обеспечения их работы в двигательном режиме внутреннее передаточное отношение планетарной передачи необходимо выбирать в пределах 1 < / < 2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Вердеревский В. А., Глейберг А. 3., Никитин А. С. Трубопрокатные станы. М.: Металлургия, 1983. 240 с.
2.	Данилов Ф. А., Глейберг А. 3., Балакин В. Г. Горячая прокатка и прессование труб. М.: Металлургия, 1972. 576 с.
3.	Редукционные станы / В. П. Анисифо-ров, Л. С. Зельдович, В. Д. Курганов и др. М.: Металлургия, 1971. 255 с.
4.	Целиков А. И. Теория расчета усилий в прокатных станах. М.: Металлургиздат, 1962. 494 с.
Глава 8.12
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Холодную прокатку труб (ХПТ) выполняют на станах: холодной продольной прокатки труб периодического действия [валковых (ХПТ), роликовых (ХПТР) и планетарных], непрерывных (НХПТ), поперечной прокатки (ППТ), волочильных и редукционных. Наиболее распространены станы периодического действия и волочильные как более маневренные и экономичные. Станы поперечной прокатки используют для изготовления небольших партий прецизионных труб и тонкостенных труб большего диаметра. Редукционные станы устанавливают, как правило, в составе трубоэлектросварочных агрегатов.
8.12.1. ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Прокатка труб на валковых станах осуществляется двумя, реже - тремя, рабочими валками, имеющими возвратно-поступательное и возвратно-качательное движения.
Последовательность деформации заготовки. Валки стана перемещаются вдоль оси прокатки, обкатывая и обжимая заготовку (рис. 8.12.1). Поворот валков происходит с помощью консольно закрепленных шестерен (рис. 8.12.2), которые находятся в зацеплении с неподвижной рейкой. После перемещения из одного крайнего положения в другое валки реверсируются и возвращаются в исходное положение. Цикл повторяется с частотой 20 - 250 мин1 в зависимости от типоразмера стана (чем крупнее стан, тем меньше скорость движения клети).
Непосредственно на валках или калибрах, укрепленных в валках, нарезан ручей переменного сечения. В исходном положении валков ручей образует окружность, диаметр которой немного больше диаметра прокатываемой заготовки. По мере передвижения и разворота валков диаметр ручья уменьшается до диаметра готовой трубы 1\.
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
641
21 Зак 108
Рис. 8.12.1. Схем» холодной прокатки труб на валковом стане: о - в - положение валков соответственно исходное, промежуточное и конечное
Рис. 8.12.2. Рабочая клеть стана ХПТ:
1 - станина; 2 - узел рабочего валка; 3 - клиновой механизм; 4 - шестерня приводов валков
642
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Деформируемую часть заготовки приближенно можно представить в виде усеченного конуса, диаметры основания которого равны диаметрам заготовки D3 (сечение -11) и готовой трубы Д. (сечение Hi - Hi), а высота - ходу валков £р. Этот конус называют конусом деформации, и он является разверткой переменного ручья калибра.
Прокатку заготовок выполняют на конической оправке. Перед каждым двойным ходом валков, соответствующим их перемещению из одного крайнего положения в другое и обратно, проводится подача заготовки на определенное расстояние. В этот момент калибр выходит из контакта с заготовкой, и она свободно продвигается по оправке в осевом направлении через образовавшийся зев валков. Поворот заготовки вокруг своей оси осуществляется, обычно, в конечном положении клети, а также в момент образования зева валков. Для сообщения заготовке необходимых движений служит система механизмов подачи и поворота.
Деформация, или обжатие заготовки, при установившемся процессе прокатки выполняется следующим образом. В исходном положении рабочей клети механизмом подачи заготовка перемещается на расстояние т (подача), в сторону выхода готовой трубы, при этом сечение I - I занимает положение 1\ -11, и соответственно, сечение II - II - положение Hi - Hi.
Объем металла, заключенный между сечениями I - I и Ii -11, называют объемом подачи. Он равен произведению площади поперечного сечения заготовки на подачу т. Поскольку прокатку ведут на конической оправке, то во время подачи образуется зазор между внутренней поверхностью рабочего конуса и оправкой. Поэтому при движении клети вперед валок, обкатывая рабочий конус, вначале редуцирует заготовку по диаметру до соприкосновения с оправкой, а затем обжимает ее по стенке.
Таким образом, мгновенный очаг деформации состоит из участка редуцирования трубы по диаметру, ограниченного центральным углом 0р, и участка обжатия стенки, определяемого углом 0О. Оба эти угла образуют угол захвата 03. По мере продвижения рабочей клети участки рабочего конуса, расположенные перед калибрами, смещаются вперед и сечение III - Hi занимает промежуточное положение Нх - Нх. Расстояние между сечениями II - II и Пх - 11х будет равно произведению ткх, ще - текущее значение коэффициента вытяжки.
Отрезок заготовки между сечениями Hi -III и Нх - II# определяемый смещением металла в результате обжатия, равен
/я(Хх -1).
При достижении конечного положения клеть возвращается назад, в исходное положение. Во время обратного хода происходит обжатие рабочего конуса за счет упругой деформации клети. Таким образом, за двойной ход клети раскатывается поданный объем заготовки
V3 = 1Ы3(Д - S3)m
и образуется отрезок трубы длиной ДД., объем которого равен
=	= Wt(^t “ •УТ)ДДГ.
Отсюда длина отрезка готовой трубы
= s3(D3 ~ $3)т / sT(DT — sT) —
ще - суммарный коэффициент вытяжки.
Основные достоинства станов ХПТ - большие разовые обжатия (до 80 -90 % за один пропуск) и возможность прокатки труднодеформируемых металлов вследствие благоприятной схемы напряженного состояния.
Классификация станов. Изготовителями станов являются: в России - ПО "Элекгростальтяжмаш", за рубежом фирма "Маннесманн" (Германия). Немного станов, в основном для цветной металлургии, изготовляют фирмы "Монбар" (Франция) и "Уин Индастриз" (США).
В нашей стране станы классифицируют по максимальному диаметру готовых труб'. ХПТ-32, ХПТ-55, ХПТ-90, ХПТ-120, ХПТ-250 и ХПТ-450; зарубежные станы - по наибольшему наружному диаметру заготовки.
В зависимости от способа загрузки заготовок различают два вида компоновки механизмов станов - с боковой и торцевой загрузками.
На станах с боковой загрузкой заготовок (рис. 8.12.3, а) технологические операции выполняются в следующем порядке: пакет заготовок краном загружают на приемный стол 8, после чего дозирующими устройствами заготовки поочередно передаются на ось прокатки. Во время передачи патрон 4 заготовки и патрон 6 стержня оправки вместе со стержнем и оправкой должны находиться в крайнем заднем положении 9.
Размещенная по оси прокатки заготовка центрируется люнетами. Затем включают привод патрона стержня оправки, и оправка, продвигаясь сквозь заготовку, устанавливается в исходное положение в зоне деформации металла. Включается главный привод стана, сообщающий возвратно-оступательное движение рабочей клети 3 и прерывистое движение патрону подачи, а следовательно, - заготовке через механизмы 5 подачи и поворота. Прокатка
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
643
Рис. 8.12.3. Схемы станов холодной прокатки труб: а - с боковой загрузкой заготовок; б - с торцевой загрузкой
трубы происходит до тех пор, пока патрон не дойдет до своего крайнего переднего положения. В этот момент главный привод стана отключается, а патроны заготовки и стержня оправки возвращаются в исходное положение, освобождая место для очередной заготовки. Цикл прокатки повторяется. Готовые трубы разрезают на мерные длины летучей пилой 2 и укладывают в приемные карманы 1.
При боковой загрузке необходима остановка стана при его перезарядке. Частая остановка стана приводит к существенному снижению производительности, нарушению теплового режима прокатки и многократному обжатию трубы при остановке. Последние два обстоятельства могут влиять на качество и точность прокатываемых труб, особенно труб с тонкими стенками.
При боковой загрузке нельзя вести прокатку на цилиндрической оправке и оправке с малой конусностью, так как оправку трудно извлечь из зоны деформации и совершенно невозможно вернуть в исходное положение.
Достоинство боковой загрузки - возможность визуального осмотра поверхности оправки во время перезарядки заготовок.
Приторцевой загрузке стол заготовок (рис. 8.12.3, б) располагают в конце стана. Обычно стержень оправки удерживается двумя зажимами, работающими попеременно. Заготовка, попадая на ось прокатки, подающими роликами или другими транспортными средствами продвигается через открытый зажим 7 стержня, который автоматически закрывается после прохода заготовки, а другой зажим 6 открывается, и заготовка попадает в зону действия патрона 4 подачи. Такая схема приводит к увеличению длины стана примерно на длину заготовки. Однако, механизм
отвода стержня оправки не требуется. Время остановки стана на перезарядку заготовки значительно сокращается.
При торцевой загрузке заготовок можно исключить остановку стана для его перезарядки очередной заготовкой. С этой целью, т.е. для обеспечения непрерывной работы станов, применяют сдвоенные патроны подачи. Передний и задний патроны работают поочередно. Один из патронов зажимает заготовку и прерывисто движется вперед в направлении рабочей клети. В это время другой патрон возвращается в исходное положение. Затем их функции меняются. Чтобы заготовка всегда была зажата в одном из патронов, предусматривают одновременную их работу в прерывистом режиме - "на подачу" - в местах крайних положений.
Калибры. Рабочие валки станов ХПТ непосредственно не контактируют с прокатываемой трубой. Обжатие металла осуществляется специальными калибрами, установленными на рабочих валках. Применение сменных калибров значительно уменьшает массу технологического инструмента и время на перевалку стана. Распространены три вида калибров: полудисковые, кольцевые и подковообразные.
Калибры изготовляют из стали ШХ15 и 60ХФА. После термообработки твердость поверхности ручья калибра должна быть не менее 56 - 60 HRC. Рабочие валки и шестерни изготовляют из стали 35ХМ с поверхностной закалкой зубьев до твердости не менее 45 HRC.
Полудисковые калибры устанавливают в пазах рабочих валков (рис. 8.12.4). Прижатие калибра в пазу валка осуществляют клиньями.
Полудисковый калибр занимает ровно половину окружности валка и тем самым о fi-
ll
644
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Рис. 8.12.4. Калибр-полудиск:
1 - валок; 2 - калибр; 3 - клин; 4 и 5 - болты соответственно клина и калибра
ределяет размеры валка, массу рабочей клети, а также длину ее хода. Поскольку производительность станов во многом определяется числом ходов рабочей клети, которые в свою очередь, зависят от ее массы, целесообразно иметь возможно меньшую массу клети и наибольшую длину хода. Стремление увеличить протяженность зоны деформации без увеличения диаметра валков и тем самым повысить производительность станов, привело к созданию новых типов калибров, и прежде всего, -кольцевых калибров.
Кольцевые калибры (рис. 8.12.5) позволяют почти в два раза увеличить зону деформации, они удобны в изготовлении, но для смены калибров требуется демонтаж рабочих валков. Обычно замену калибров проводят на специальном стенде, а стан комплектуют двумя сменными клетями.
Значительно проще заменяются подковообразные калибры (рис. 8.12.6) Их устанавливают так же, как и полудисковые калибры, - в пазах рабочих валков. Применение подковообразных калибров позволило увеличить длину ручья по сравнению с полудисковыми калибрами примерно на 20 % и повысить производительность станов на 14 - 17 %.
Рабочие клети станов ХПТ выполняют с подвижной и неподвижной станинами. Большинство станов ХПТ имеют подвижную станину и только тогда, когда масса рабочей клети становится большой (станы больших типоразмеров, многониточные станы), в ряде случаев применяют неподвижную станину с подвижными рабочими валками.
В рабочей клети с подвижной станиной (см. рис. 8.12.2) два валка смонтированы на подшипниках качения. Массивные стойки станины воспринимают вертикальную силу прокатки. Основание станины развито, в результате чего повышается ее устойчивость и уменьшается износ опор. Перемещается рабочая клеть на ползунах в направляющих рамах.
Рис. 8.12.5. Кольцевой калибр:
1 - валок; 2 - калибр; 3 - втулка
Рис. 8.12.6. Подковообразный калибр:
1 - валок; 2 - калибр; 3 - клин;
4 и 5 - болты; 6 - шпонка
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
645
В рабочей клети с неподвижной станиной 10 (рис. 8.12.7) конструкции ЭЗТМ сила прокатки, воспринимаемая рабочими валками, передается через бегунковые роликоподшипники 2 с утолщенными наружными кольцами на неподвижные рельсы 3 и 1. Рельсы 3 закреплены на нижней траверсе станины, а рельсы 1 опираются на два клина 8, перемещая которые винтами 12 устанавливают требуемый зазор между рабочими валками. Через сферический подшипник 11 с помощью пружин 9 уравновешивания клинья подтягиваются к верхней траверсе станины.
Собраны рабочие валки в кассете 6, которая движется возвратно-поступательно на
бегунковых опорах 7. Кассета приводится в движение от шатуна 4 через оси 5.
Применение рабочих клетей с неподвижной станиной позволяет уменьшить массу подвижных частей почти в 3 раза и получать переменный зазор между валками по длине хода клети благодаря раздельному регулированию левого и правого клиньев. Схема с бегун-ковыми опорами применена на станах ХПТ-120 и ХПТ-250.
Другая конструкция рабочей клети с неподвижной станиной использована в стане ХПТ-450 (рис. 8.12.8). Очаг деформации в этом стане создается тремя рабочими валками, расположенными под углом 120°. Сила про
Рис. 8.12.7. Рабочая клеть с неподвижной станиной
Рис. 8.12.8. Рабочая клеть стана ХПТ-450
646
Глава 8.12 СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
катки передается здесь на линейки неподвижной станины не через бетунковые опоры, а через опорные валки. Так как схема прокатки 3-валковая, неподвижная станина имеет треугольную форму. На стане ХПТ-450 калибры 3 выполнены в виде сегментов, которые крепят в валках 4. Кассета 2 с валками приводится в возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунным механизмом через шатуны 1.
Рабочие клети с опорными валками и неподвижной станиной (рис. 8.12.9) применены также в станах ХПТ фирмы "Уин Индастриз" (США). Станы предназначены для одновременной прокатки трех, пяти и шести труб диаметром 31 - 39 мм из цветных металлов. Максимальная скорость движения валков -100 двойных ходов в минуту. Два рабочих 1 и два опорных 2 валка смонтированы в подвижной кассете. Сила прокатки воспринимается неподвижной станиной через опорные рельсы 3. На рабочие валки устанавливают по три, пять или шесть кольцевых калибров. Рабочие
Рис. 8-. 12. 9. Рабочая клеть с опорными валками
и опорные валки связаны между собой зубчатыми колесами, которые находятся в зацеплении с неподвижными рейками, укрепленными на станине.
По аналогичной схеме изготовляет трехниточные станы фирма "Монбар" (Франция).
Преимущество рабочих клетей с опорными валками (по сравнению с бегунковыми опорами) - большая жесткость, достигаемая благодаря сокращению расстояния между опорами валков и меньшей упругой податливости калибров в зоне контакта. К недостаткам этого типа клетей относятся увеличенные габаритные размеры, и соответственно, - большая масса подвижных частей.
Привод. Приводятся в движение рабочие клети станов ХПТ электродвигателями постоянного тока через кривошипно-шатунный механизм, с помощью которого вращательное движение вала главного привода преобразуется в возвратно-поступательное движение рабочей клети. В течение каждого оборота кривошипного вала главный привод претерпевает неравномерную нагрузку. В первой половине прямого и обратного ходов клети двигатель ускоряет движущиеся массы, во второй половине прямого и обратного ходов затормаживает их. При этом на звенья привода действуют значительные знакопеременные усилия.
Уравновешивающие устройства применяют для снижения сил инерции. Наибольшее распространение получили грузовое и пневматическое уравновешивания. При грузовом уравновешивании (рис. 8.12.10) значительно уменьшается момент сил инерции на валу 1 главного привода 2. Суммарный статический и динамический моменты остаются положительными на протяжении всего цикла прокатки. Уравновешивающему грузу 3 сообщается возвратно-поступательное движение с рабочей клетью 4 общим коленчатым валом. В станах фирмы "Маннесманн" груз 3 располагают под углом 90° к направлению движения рабочей клети 1.
Рис. 8.12.10. Кинематическая схема приводного механизма стана ХПТ
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
647
Рис. 8.12.11. Схемы рабочей клети стана ХПТ с пневматическим уравновешиванием массы клети
В многониточных станах конструкции ВНИИМЕТМАШ груз располагают диаметрально противоположно рабочей клети. Грузовое уравновешивание, простое по конструкции, надежно в эксплуатации. Его применение позволяет увеличить скорость прокатки без дополнительных затрат мощности на преодоление динамических сил. Однако этот тип уравновешивания не устраняет динамических нагрузок в местах соединения шатунов с рабочей клетью и коленчатым валом. Это является недостатком грузового уравновешивания.
В отличие от грузовых пневматические уравновешивающие устройства присоединяют непосредственно к рабочей клети. Здесь создаются более благоприятные условия для уравновешивания динамических сил в кинематической цепи приводного механизма стана.
На рис. 8.12.11 дана схема пневматического уравновешивающего устройства, состоящего из пневматических цилиндров 7, закрепленных на стойках в цапфах 2. В рабочую полость цилиндров постоянно подается воздух по трубопроводу 3 через отстойник с редукционным клапаном 4 и систему труб опроводов 5, вследствие чего поршни в цилиндрах все время находятся под давлением.
С рабочей клетью 7 штоки 6 цилиндров соединены шарнирами.
Сила уравновешивания создается воздухом, сжимаемым в полостях цилиндров, при приближении рабочей клети к своим крайним положениям (мертвым точкам). При разгоне и торможении главного привода обе полости каждого цилиндра автоматически соединяются с помощью специального клапана, что исключает перегрузку электродвигателя приводного механизма.
Недостаток пневматического уравновешивания - сложность эксплуатации, заключающаяся в поддержании постоянного темпе
ратурного режима. Перегрев воздуха приводит к выходу из строя пневматических цилиндров.
Расчеты уравновешивающих устройств, а также рабочих клетей и их привода даны в работе [3].
Механизм подачи и поворота заготовок используют для периодической подачи заготовки в зону деформации и поворота ее на определенный угол с целью более равномерного обжатия. Поскольку рабочая клеть станов может двигаться со скоростью 220 дв. ходов/мин (в последних моделях до 280 дв. ходов/мин), время одного цикла составляет 0,3 с. За каждый цикл прокатки проводится одна подача и два поворота заготовки. Время, отведенное на подачу и соответственно на поворот заготовки, равно 1/6 длительности цикла, что составляет всего 0,05 с. Таким образом, механизмы с прерывистым движением ведомого звена работают в тяжелом динамическом режиме.
Наибольшее распространение в валковых станах ХПТ получили два типа механизмов: конструкции ЭЗТМ (рис. 8.12.12) и конструкции фирмы "Маннесманн”.
В механизме конструкции ЭЗТМ (Россия) вал 1 с кулаком 2 вращается от главного привода стана с числом оборотов, равным числу двойных ходов клети в минуту. Кулак обкатывает ролики 3 и 4, закрепленные на рычагах 5 и 6. Ролики связаны между собой рамкой 7. Профиль кулака выполнен таким образом, что в момент подачи участок поверхности кулака с переменным радиусом кривизны отклоняет ролик 3 направо и рычаг 5 поворачивается на некоторый угол против часовой стрелки. На этот же угол поворачивается рычаг 8, установленный на один вал с рычагом 5. На палец рычага <? * насажена тяга 9, другой конец которой шарнирно соединен с рычагом 10, который поворачивает вал 11. На этом валу закреплена звездочка роликовой муфты обгона 12.
648
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
8.12.12. Кинематическая схема механизма подачи и поворота редукторного типа
В момент подачи обод муфты обгона заклинивается и передает вращение шестерне 13. Далее движение через блок шестерен 74, кулачковую муфту 15 - 16 и зубчатую передачу 17 передается на шпиндель 18 подачи, в котором закреплена гайка 19 винта подачи 20.
В момент поворота переменный профиль кулака отклоняет ролик 4 налево, и рычаг 6 поворачивается на некоторый угол против часовой стрелки. Вместе с рычагом поворачивается звездочка роликовой муфты обгона 27, закрепленная на одном валу с рычагом 6.
При повороте звездочка заклинивается, и обод муфты 27 передает вращение шестерне 22. С этой шестерней находится в зацеплении шестерня блока 22, от которого вращение передается на верхний вал поворота 24, идущий к патрону стержня. С шестерней 22 находится также в зацеплении шестерня 25 нижнего вала
поворота, соединяемого с трансмиссией переднего и промежуточного патронов.
Регулирование подачи осуществляется изменением длины плеча рычага 8. Угол поворота заготовки не регулируют. Патрон получает ускоренное перемещение от двигателя постоянного тока через клиноременную передачу и фрикционную муфту при отключенной кулачковой муфте. Во время прерывистой рабочей подачи кулачковая муфта выключается, а фрикционная расцепляется гидравлическим цилиндром.
Механизмы подачи редукторного типа успешно работают при скорости 100 - 150 двойных ходов клети в минуту.
Другая кинематическая схема в механизмах подачи фирмы "Маннесманн” (Германия), приведена на рис. 8.12.13. Подача заготовки здесь происходит следующим образом.
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
649
Рис. 8.12.13. Схема механизма подачи фирмы "Маннесманн" (Германия)
От приводного вала 1 и конической пары зубчатых колес 11-12 вращается кулак 13 с частотой вращения, равной частоте вращения кривошипного вала приводного механизма стана. Когда рабочая клеть находится в исходном положении, кулак сообщает качательное движение рычагу 14 в направлении упора 75, перемещая винт подачи 16 на расстояние S.
На такое же расстояние перемещается и патрон заготовки 77, поскольку винт подачи находится в гайке 18, закрепленной в корпусе патрона заготовки. Во время обжатия заготовки калибрами, т.е. во время рабочего и обратного хода, рычаг отводится влево от упора на расстояние 5, определяющее будущую подачу, с помощью бесступенчатой зубчатой передачи 4 (приводимой в движение от приводного вала через зубчатую пару 2-3), зубчатых колес 5 -6 и систему шестерен 8 - 10. При этом на такое же расстояние влево перемещается и винт подачи, вывинчиваясь в указанном направлении из гайки неподвижно стоящего патрона заготовки. Далее цикл подачи повторяется.
Таким образом, во время прокатки за каждый двойной ход клети винт подачи совершает поступательное движение с патроном заготовки в направлении рабочей клети и возвратное винтовое движение на то же расстояние. Максимальное расстояние возвратно
поступательного движения винта подачи равно примерно 50 мм.
Ускоренный отвод патрона заготовки перед перезарядкой стана заготовкой происходит включением электродвигателя 19, от которого через зубчатую пару 20 - 27 и систему шестерен 8-10 приводится во вращение винт подачи. Освобожденный от заготовки патрон перемещается при этом в нужном направлении.
Во время ускоренного перемещения патрона заготовки бесступенчатая передача при помощи муфты 7 отключается.
Расчет технологических и силовых параметров. Обжатие. Особенностью периодической (пилигримовой) прокатки является непостоянство размеров очага деформации по длине хода клети. По закону пилигримовой прокатки (см. п. 8.11.3) обжатие на длине рабочего конуса равно разности между высотами рассматриваемого сечения и сечения, отстоящего от рассматриваемого на таком расстоянии, при котором объем металла, заключенный между этими сечениями, равен объему подаваемого металла за каждый ход клети. Следовательно, абсолютное обжатие в любом сечении (рис. 8.12.14)
- sx ~ s'x->
650
Глава 8.12 СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Рис. 8.12.14. Схема используемая при определении обжатия при периодической прокатки
где sx - толщина стенки в рассматриваемом сечении; sx - толщина стенки в сечении, отстоящим от рассматриваемого на расстоянии Не-
точное определение степени обжатия возможно, если известно уравнение кривой рабочего конуса. В этом случае значение 1Х - расстояние, определяющее объем подачи металла, находят из равенства
j Fxdx =Fom, о
где Fx - площадь поперечного сечения рабочего конуса на расстоянии х от начала координат; Fq - площадь поперечного сечения заготовки; т - величина подачи.
Приближенно обжатие
Д5Х = sx - Jsx - 2S3/»tg(p - а) или по еще более простой формуле
Asx = т—tg(P - а) = mXxtg(p - а).
Sx
Из-за упругой деформации клети не весь поданный объем металла обжимается во время прямого хода, часть его деформируется при обратном ходе. Распределение обжатия между прямым (Д^пр) и обратным (Д50@) ходами зависит от жесткости рабочей клети [1]. При практических расчетах можно принять
ДУпр = 0 " k)mkxX%(£> - а);
Дуоб = £mbxtg(p - а).
Значение коэффициента к изменяется от начала к концу обжимной зоны в пределах 0,3 - 0,4.
Необходимо отметить, что найденные абсолютные обжатия соответствуют гребню (вершине) калибра. Во всех остальных сечениях калибра - другие величины обжатий, а контактная поверхность имеет форму седла, близкую к показанной на рис. 8.12.1. Происходит это потому, что с валком сначала встречаются сечения трубы, расположенные ближе к боковой поверхности ручья калибра (точки В, D и L, N), и только затем - центральные сечения (точки С и М).
Для практических расчетов горизонтальную проекцию контактной поверхности, необходимую для определения силы прокатки, с учетом упругого сплющивания валков вычисляют по формуле
FK = т|Лх ^2pxAsx + 039ствЛх(0,393ро -
-Dx / 6) 10~4,
где т] = 1,26 - 1,30 - коэффициент формы при
двухвалковой прокатке; Dx - диаметр ручья в
искомом сечении; рх - радиус ручья гребня
калибра; ро - радиус бочки валка.
Второе слагаемое этого уравнения учитывает сплющивание валков. При прокатке меди и алюминиевых сплавбв им обычно пренебрегают.
Среднее давление наиболее просто определяется по формулам, предложенным Ю. Ф. Шевакиным:
для прямого хода
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
651
для обратного хода
I
~ 11 х sx /
Рш У^рхДУрб
Рх sx
где ств - временное сопротивление прокатываемого металла при данной степени деформации; пш = 1,02 - 1,08 - коэффициент, учитывающий влияние главного напряжения; f -коэффициент внешнего трения; для стали f = 0,08 - 0,12; для цветных металлов /= 0, 03 - 0,08); рш - радиус ведущей валковой шестерни.
Сила проктки в рассматриваемом сечении
Р - PcpF**
Чтобы найти силу прокатки на всей длине рабочего конуса, необходимо знать калибровку ручья и определить силу в нескольких сечениях. По наибольшей силе рассчитывают рабочую клеть.
В табл. 8.12.1 в качестве примера приведены максимальные силы прокатки для трех типоразмеров станов, замеренные при прокатке труб из сталей 12Х18Н1ОТ и 10.
Расчет параметров механизмов привода рабочей клети. Механизмы привода испытывают нагрузку от статического момента прокатки и динамических сил, возникающих в результате возвратно-поступательного движения рабочей клети.
Статический момент на валу кривошипа от момента прокатки
JHC= 2-eV
Рш® крЛ
где Мъ - момент прокатки; v - скорость клети; ®кр ~ уптовая скорость кривошипа; т| - коэффициент полезного действия.
При прямом ходе клети и индивидуальном приводе валка (рис. 8.12.15) со стороны металла на валок действует сила Р, являющаяся равнодействующей элементарных сил нормального давления и тангенциальных сил контактного трения, обусловленного скольжением поверхности ручья относительно металла трубы. При наличии осевой силы (наиболее частый случай) во время прямого хода ее равнодействующая Р будет направлена в сторону движения клети. По оси валка в направлении движения клети приложена сила X сопротивления передвижению валка.
В зацеплении ведущей шестерни с рейкой действует сила Тр
Тр = Р -^-sin(v + <о), *чп
гае Ргр * Радиус валка по гребню; - радиус начальной окружности ведущей шестерни; v -угол наклона силы Р к диаметральной плоскости валков; to - угол, характеризующий положение точки приложения равнодействующей давления металла на валки.
8.12.1. Силы прокатки для станов ХПТ трех типоразмеров
Стан	Маршрут прокатки (заготовка - труба)*1	Радиус валка, мм	Сила прокатки, кН
ХПТ-32	40 х 3 - 28 х 1*2	150	320
	40 х 3 - 28 х 0,65*2		425
ХПТ-55	57 х 6,1 - 38 х 2,1	• 154	590
	57 х 5,1 - 38 х 2,5		570
	57 х 8 - 38 х 4,2		610
	70 х 5,1 - 51 х 2,5		570
ХПТ-75	83 х 8 - 45 х 3,6	189	1280
	83 х 8 - 45 х 4,8		1100
	89 х 1- 57 х 7,8		1000
	102 х 8 - 76 х 3		1150
Размеры, мм.
♦2 Материал - сталь 10.
652
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
а)	б)
Рис. 8.12.15. Силы, действующие на валок при ходе клети: а - прямом; б - обратном
Силу сопротивления валка определяют из условия равновесия сил, спроектированных на горизонтальную ось:
X = Тр - Р sin v = Р sin(v + со) - sin v .
Если v = 0, то осевая сила отсутствует. В этом случае
Х = Ра/Лш,
где а = ргр sinco.
Обычно станы ХПТ настраивают так, чтобы на трубу действовала сжимающая осевая сила Q. Поэтому при прямом ходе клети нагрузка, передаваемая на рейки, складывается из сил от вертикальной составляющей давления металла на валки и осевой, действующей на трубу.
При обратном ходе клети осевая сила Q направлена в сторону вращения валка, что приводит к снижению нагрузки на рейки.
Максимальный динамический момент развивается при крайних положениях клети. Тогда сила, действующая на рейки,
р
^дин
“ ^крюкр
>
где I - момент инерции вращающихся масс клети, приведенный к валу шестерни; -радиус кривошипа; / - длина шатуна.
8.12.2.	РОЛИКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
Станы ХПТР используют для получения тонкостенных и особо тонкостенных, прецизионных и толстостенных труб высокой точности, а также профильных труб - с продольными ребрами, шестигранных, трехгранных и т.п.
Принцип действия роликовых станов (рис. 8.12.16) состоит в следующем. Заготовка обжимается на цилиндрической оправке тремя или более роликами 6 малого диаметра, расположенными по периметру трубы. Ролики заключены в сепаратор 3. Рабочий ручей (калибр) ролика имеет постоянное сечение.
Своими цапфами ролики опираются на направляющие планки 4 швеллерообразного вида. Рабочие поверхности планок имеют специальный профиль - калибровку, благодаря которой заготовка обжимается в соответствии с заданным законом, зависящим от ее исходного размера и размера готовой трубы, материала труб, режимов прокатки и т.п.
Опорные планки установлены на клиновых прокладках 5 в жесткой толстостенной втулке 2, которая воспринимает силы прокатки. Этой втулке, заменяющей рабочую клеть, сообщается возвратно-поступательное движение кривошипно-шатунным механизмом (на рисунке не показан). Ролики получают возвратно-поступательное движение благодаря одновременному контакту с прокатываемой трубой и направляющими планками.
Обкатывая рабочую поверхность планок, ролики, в соответствии с калибровкой, обжимают поданную часть заготовки. Подача и поворот заготовки осуществляются в крайнем положении втулки клети. Во время подачи заготовки, когда ролики выходят из контакта с трубой, а также до прокатки, при холостом ходе клети, необходимое соотношение скоростей движения втулки и роликов обеспечивается рычагом 2, большое плечо которого соединено со втулкой, а к малому присоединен сепаратор с роликами. Таким образом, сепаратор выполняет две функции - удерживает ролики в одной вертикальной плоскости и сообщает им необходимую скорость движения при холостом ходе клети. Скорость сепаратора, определяемая соотношением катающего
РОЛИКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
653
Рис. 8.12.16. Рабочая клеть стана X1ITP 30-60
диаметра роликов и диаметра цапф, подбирают, устанавливая на рычаге соответствующее место закрепления тяг сепаратора. Настройку калибра выполняют рехулировочными клиньями, на которых установлены опорные планки. Этими клиньями компенсируются также упругая деформация деталей, воспринимающих силу прокатки, и возможные неточность изготовления и износ рабочего инструмента.
Последовательность технологических операций при прокатке труб на роликовых станах примерно такая же, как на валковых станах ХПТ, однако из-за специфических условий прокатки труб с тонкими стенками и применения достаточно тонкостенных заготовок механизмы роликовых станов принципиально отличаются от механизмов станов валкового типа.
Особенности роликовых станов. В роликовых станах обязательна торцевая загрузка заготовок, так как прокатка ведется на цилиндрической оправке. Жесткие требования предъявляют к стабильности заданной подачи вследствие большого влияния разброса подач на разностенность готовых труб. С учетом этого подачу и поворот заготовки осуществляют мальтийским механизмом (рис. 8.12.17), а подачу регулируют посредством коробки скоростей. Периодический поворот шестипазового ведомого диска 1 на угол 60° осуществляется пальцем 2, установленным на кривошипном ведущем валу 3, при его повороте на угол 120°. Во время поворота на остальные 240° кривошип не взаимодействует с ведомым диском, который остается неподвижным.
Главное преимущество механизма подачи и поворота с мальтийским крестом - высокая точность подачи и угла поворота.
На рис. 8.12.18 приведена типовая схема механизма подачи и поворота, используемая в станах ХПТР. Вра-
654
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
щение от привода рабочей клети через трансмиссионный вал 1 передается на вал 2, на котором установлен кривошип 3 мальтийского креста. При этом частота вращения кривошипного вала должна быть равна числу двойных ходов рабочей клети в 1 мин. Кривошип в момент подачи и поворота заготовки приводит в движение шестипазовый диск 4, обеспечивая поворот вала 5 на угол 60°. На вал 6 поворота заготовки вращение передается посредством зубчатой передачи 7, передаточное отношение которой определяется требуемым углом поворота заготовки.
При прокатке цилиндрических гладких труб этот угол обычно составляет 51°. На винт подачи вращение передается с вала 8 через одну из шестерен 9 - 11 на вал 12 переключением муфты 13. Далее с помощью зубчатой пары 14 вращение передается блоку шестерен 15, 16. Таким образом, переключением муфты 13 и блоков шестерен 15, 16 обеспечивается шесть различных подач заготовки. При нормальной работе стана муфта переключения 17 соединяет вал 18 с шестернями блока 16. Ускоренное вращение винта подач осуществляется переключением муфты 17, при котором винт подачи через шестерни 19, 20 соединяется с валом 21 привода ускоренного хода.
Вращение на вал 22 зажима заготовки в патроне подач передается от гидродвигателя 23 через червячную пару 24.
Преимущества роликовых станов состоят в обеспечении необходимых условий для получения точных по размерам высококачественных тонкостенных и прецизионных труб. Основные из этих условий - малый диаметр рабочих роликов, обеспечивающий прокатку труб с тонкими стенками; небольшое скольжение ручья роликов о прокатываемый металл, обусловленное многороликовой схемой, что позволяет получить высокое качество поверхности труб; простота конструкции рабочего инструмента и, следовательно, возможность изготовления его с высокой точностью, что обеспечивает высокую точность готовым трубам.
Роликовые станы изготовляют пяти типоразмеров: ХПТР 4-15, ХПТР 8-15, ХПТР 15-30, ХПТР 30-60 и ХПТР 60-120. На них прокатывают трубы диаметром 4 - 120 мм. Станы ХПТР 8-15 и ХПТР 15-30 изготовляют также и в двухниточном исполнении. Технические характеристики станов приведены в табл. 8.12.2.
8.12.2. Технические характеристики станов ХПТР
Параметр	ХПТР 4-15	ХПТР 8-15		ХПТР 15-30	ХПТР 30-60	ХПТР 60-120
Размер заготовки, мм: диаметр	4,8 - 18		9 - 17	16 - 33	31 - 68	65 - 130
длина Размер готовой трубы, мм: диаметр	1500 - 4000 4 - 15		1000 - 4000 8 - 15	15 - 30	2500 - 5000 30 - 60	60 - 120
толщина стенки	0,08	-	1,5	0,1 - 2,5	0,3 - 4,0	0,5 - 6,0
Диаметр роликов, мм	32 j	1	52	62	83	180
Число роликов Ход клети, мм	490	1	3 450		600	4 755
Подача заготовки за	1,3	-	8	2,3 - 13,1	2,5 - 15	2,5 - 15,6
один ход, мм Мощность двигателя	10			28	40	100
главного привода, кВт Производительность стана, м/ч Масса стана, т	8,4		15 	- 35 13,0	16,3	12 - 32 43,4
Габаритные размеры стана, м: длина	8,3		8,84	15,52	16,76	17,72
ширина	1,6		1,55	2,55	2,83	3,9
высота	1,3		1,8	1,5	1,64	1,95
РОЛИКОВЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ
655
Рис. 8.12.19. Став ХПТР 30-60
Конструкция станов ХПТР. Расположение механизмов в роликовых станах мало отличается от расположения механизмов в валковых станах. Однако все станы ХПТР имеют обязательно торцевую загрузку заготовок. На рис. 8.12.19 дана схема стана ХПТР 30 -60.
Последовательность технологических операций на этом стане та же, что и на станах других типоразмеров. Заготовки мостовым краном укладываются на загрузочное устройство 1. Подающими роликами, расположенными вдоль оси прокатки, очередная заготовка продвигается в сторону рабочей клети. Во время движения открывается зажим 2 стержня оправки, и заготовка продвигается в зону действия патрона подачи 4. Пока зажим открыт, стержень оправки удерживается в роликах рабочей клети. Патрон подачи зажимает заготовку. Включается главный привод 6 стана, рабочая клеть 7 получает возвратно-поступательное движение, а патрон подачи - прерывистое от подающе-поворот-ного механизма 3. Прокатка продолжается до тех пор, пока патрон подачи не дойдет до своего крайнего переднего положения. В этот момент главный привод отключается, и патрон подачи ускоренным ходом от электродвигателя 9 возвращается в исходное положение, после чего цикл повторяется.
Конструкция патрона подачи обеспечивает зажатие заготовки в любом месте его расположения.
При докатке концов труб их поворот производится передним патроном 8.
В качестве главного привода станов используют электродвигатели постоянного тока. Передача момента от электродвигателей к кривошипно-шатунному механизму осуществляется клиновыми ремнями. Большой шкив, при этом, является маховиком. В целях уменьшения ширины стана элек
тродвигатель располагают в приямке под станом. Там же устанавливают насосную станцию гидропривода 5.
Исполнения станов. Чтобы один вальцовщик мог одновременно обслуживать два стана ХПТР, их изготовляют в правом и левом исполнениях. При обслуживании двух станов рабочее место вальцовщика находится между станами. Пульты управления обоих станов обращены в его сторону.
Силовые расчеты. Во время прокатки на ролики действуют силы Р со стороны деформируемого металла и сила N воздействия опорных планок. Кроме того, на большей части двойного хода клети на ролики передается сила S от сепаратора, когда скорости движения роликов и сепаратора неполностью согласованы. В зависимости от настройки привода сепаратора сила S может способствовать передвижению роликов или тормозить их движение. Силы, действующие при прямом и обратном ходах клети, приведены на рис. 8.12.20. Ввиду того, что углы oq, aj и 0 малы, можно принять:
Рв = Р = N.
Тогда сила, необходимая для перемещения опорной планки в горизонтальном направлении,
Т
2 ПЛ
рц sina2 - psinCcq - Р) р
Рц+Р	Рц+р’
где рц и р - радиусы соответственно цапфы и дна ролика.
В этой формуле дробь при Р есть не что иное, как синус угла наклона к вертикали равнодействующей давления металла на ролик.
656
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Рис. 8.12.20. Схема, используемая при определении сил, действующих на ролик при ходах клети: а - прямом, б - обратном
Рис. 8.12.21. Схема, используемая при определении скорости движения роликов
Таким образом, суммарная сила, необходимая для перемещения клети с п роликами,
_ кл
’	,4-РЦ.
^кл
= п Psv&Q + S
Р
Рц +р
Рк
Сила, необходимая для возвратного движения клети,
т>
1 кл
= п Р sin 01 - 5
р
Рц + Р_
Расчет сил и момента прокатки, действующих на кривошипный вал, выполняют, также как и для валковых станов ХПТ.
Расчет скоростей. Скорость поступательного движения роликов при прокатке vp зависит от скорости движения рабочей клети и отношения радиуса цапф к катающему радиусу ручья роликов (рис. 8.12.21):
При прокатке роликам сообщается поступательное движение благодаря их контакту с прокатываемой трубой и опорной планкой рабочей клети.
Поскольку ролики установлены в сепараторе, то скорость движения сепаратора vc должна быть равна скорости перемещения роликов Vp. Даже при небольшом рассогласовании скоростей нарушается нормальный процесс прокатки. Заготовку сдергивает с оправки, на поверхности готовых труб появляются следы скольжения.
Необходимое соотношение скоростей достигается двуплечим рычагом 1 (см. рис. 8.12.16).
НЕПРЕРЫВНЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
657
8.12.3.	НЕПРЕРЫВНЫЕ СТАНЫ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ
Непрерывный стан холодной прокатки труб (НХПТ) представляет собой комплекс машин, позволяющих осуществлять непрерывный процесс прокатки тонкостенных труб на длинной подвижной оправке с автоматическим циклом всех вспомогательных операций.
Участки стана. Весь стан (рис. 8.12.22) условно разделен на три основных участка -входную и выходную стороны и участок рабочих клетей.
Входная сторона стана состоит из загрузочного устройства 4 заготовок, ванны 2 охлаждения оправок, неприводных рольгангов 7, подающих роликов 3 оправки, подающих роликов 6 заготовки и оправки, решетки 5 с дозаторами и выбрасывателями.
Выходная сторона имеет в своем составе неприводные рольганги 8, вытягивающие 7 и подающие ролики, решетку 9 с дозатором и сбрасывателем и карман 10 для готовой продукции.
Последовательность операций при прокатке следующая. Из загрузочного устройства заготовка передается к роликам 6, расположенным по оси прокатки. Одновременно другим дозатором подается оправка из ванны охлаждения и зажимается подающими роликами 5, которые продвигают ее в трубу. С помощью специального импульсного устройства в определенный момент включаются ролики 6 подачи и труба вместе с оправкой поступает в рабочие клети.
После прокатки труба с оправкой сбрасывается к роликам 77, которые продвигают их к захвату 13 цепного оправкоизвлекателя. Труба удерживается упором 12 и затем сбрасывается в карман. Оправка рольгангом переда
ется в ванну охлаждения для дальнейшего использования.
Участок рабочих клетей стана может иметь до двадцати клетей, установленных на общей станине. Клети могут быть 2- и 3-х валковые (по типу редукционных станов).
Рабочие клети подразделяют на обжимные, калибровочные и раскатные. При прокатке в раскатных клетях образуется зазор между трубой и оправкой. Конструкция всех рабочих клетей однотипна, поэтому их число и порядок расположения могут меняться в зависимости от требований технологии прокатки. В 3-валковой рабочей клети калибр образуется тремя неприводными валками диаметром 150 мм, каждый из которых установлен на двух опорных приводных валках, расположенных под углом 120° друг к другу. Каждая последующая рабочая клеть развернута относительно предыдущей на угол 60°. Все клети установлены с шагом 1400 мм на общей станине.
Обжимная рабочая клеть (рис. 8.12.23) состоит из следующих основных узлов: подвижной 7 и неподвижной 2 обойм с опорными валками 3 рабочих валков 4, механизма 5 соединения обойм.
В обоймах в вертикальной плоскости под углом 120° друг к другу закреплены по зри опорных валка, связанные между собой коническими зубчатыми колесами. Рабочие валки устанавливают между опорными валками подвижной и неподвижной обойм, стянутых между собой с помощью нажимного устройства 6 Шейки рабочих валков опираются на бурты опорных валков, образуя замкнутый равносторонний треугольник.
Рис. 8.12.22. Стан непрерывной холодной прокатки труб
658
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Рис. 8.12.23. Конструкция (а) и схема (б) обжимной рабочей клети
Привод каждой рабочей клети индивидуальный, но предусмотрена возможность регулирования скорости вращения валков не только в каждой клети в отдельности, но и всех вместе.
Параметры станов. Производительность станов НХПТ в 10 - 15 раз больше производительности обычных станов ХПТ. Высокая производительность сдерживает распространение нового процесса, так как для станов НХПТ нужны заказы на очень большие партии труб.
Техническая характеристика стана НХПТ
Размеры готовой трубы, мм: наружный диаметр.............. 15-30
толщина стенки............... 0,75	- 2
длина*..................... 7500
Коэффициент вытяжки за один пропуск........................... 5
Скорость прокатки* на выходе, м/с............................... 3
Производительность*, м/ч......	3000
Число клетей...................... 17
Габаритные размеры стана со столами загрузки и выгрузки, м: длина............................ 41
ширина......................... 7,5
Масса стана, т.................... 130
Установленная мощность, кВт ...	1150
* Даны максимальные значения.
Отличительная особенность процесса на стане НХПТ - взаимодействие клетей и их привода через прокатываемую трубу и неде-формируемую оправку. Поскольку оправка
одновременно находится в нескольких клетях и движется с некоторой средней скоростью, она оказывает влияние на продольные силы в трубе, а следовательно, - на технологические и энергосиловые параметры процесса. Влияние оправки может ограничивать возможный диапазон изменения продольных сил в трубе между клетями, который зависит от отношения коэффициентов трения на контактных поверхностях труба - оправка и труба - валок. Чем меньше это отношение, тем эффективнее процесс прокатки. Расчет силовых параметров процесса НХПТ приведен в работе [2].
8.12.4.	СТАНЫ ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАТКИ
Станы холодной поперечной прокатки служат для получения высокоточных труб и изделий из различных металлов и сплавов диаметром 40 - 6000 и толщиной стенки 0,3 -20 мм (точность прокатки 0,05 мм).
На станах поперечной прокатки полая цилиндрическая заготовка, вращаясь, обжимается на оправке или в матрице деформирующим инструментом при осевом перемещении заготовки' относительно инструмента.
Классификация станов. По виду деформирующего инструмента различают поперечную прокатку: валками (рис. 8.12.24, в), шариковыми обоймами (рис. 8.12.24, б) и кольцевыми валками (рис. 8.12.24, а).
По взаимному расположению деформирующего инструмента и заготовки различают станы наружной и внутренней поперечной прокатки. В станах наружной поперечной прокатки деформирующий инструмент расположен снаружи заготовки (см. рис. 8.12.24), а в станах внутренней поперечной прокатки - внутри заготовки (см. рис. 8.12.25, а и б и 8.12.26, а и б).
СТАНЫ ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАТКИ
659
wj7s/s/s//sj/
wsssssjwwm
а
Рве. 8.12.25. Поперечная прокатка на длинной оправке и в длинной матрице:
а и б - на длинной оправке соответственно с натяжением и подпором;
в и г - в длинной матрице с натяжением и подпором
По относительному перемещению инструмента и оправки различают станы с подвижной и неподвижной в осевом направлении оправкой.
По расположению оси обрабатываемой детали станы бывают горизонтального и вертикального исполнения.
По разновидности деформирующего инструмента различают прокатку на длинной оправке или в длинной матрице (рис. 8.12.25) и прокатку на короткой оправке или в короткой
г)
8.12.26. Поперечная прокатка на короткой оправке и в короткой матрице:
а и б - на короткой оправке соответственно с натяжением и подпором;
в и г - в короткой матрице соответственно с натяжением и подпором
матрице (рис. 8.12.26). При прокатке на длинной оправке (в длинной матрице) последняя перемещается совместно с заготовкой, при прокатке на короткой оправке (в короткой матрице) заготовка протягивается или проталкивается в зазор между неподвижными в осевом направлении оправкой (матрицей) и деформирующим инструментом.
Схема прокатки. На всех видах станов поперечная прокатка осуществляется по следующим схемам:
660
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
с натяжением переднего конца заготовки (см. рис. 8.12.25, а и в; 8.12.26, а и в), когда заготовка протягивается через заданный зазор между оправкой и деформирующим инструментом; длина изделия ограничивается ходом тянущего устройства; получаемые изделия имеют хорошую геометрию;
с упором бурта оправки в торец заготовки (рис. 8.12.25 б и г, 8.12.26, б и г); когда заготовка проталкивается через заданный зазор между оправкой и деформирующим инструментом; длина изделия равна ходу проталкивающего устройства, умноженному на величину вытяжки; возможно искривление прокатанной трубы.
Работа станов. Наиболее широко распространены станы поперечной прокатки с подвижной клетью и приводной длинной оправкой (рис. 8.12.27), которые работают следующим образом.
Пакет заготовок 1 укладывается на приемный стол 2 механизма загрузки, откуда поштучно подаются дозатором 3 на опускающийся секционный лоток 4, расположенный по оси прокатки. Центрователем 5 заготовка проталкивается через разведенные валки 6 клети 7 и одевается на оправку 8. По ходу центрователя лоток посекционно опускается, пропуская центрователь. После надевания заготовки на оправку включаются привод 9 оправки и система 10 подачи СОЖ в очаг деформации.
Предварительно раскрученные от специального гидропривода 11 валки сводятся на начальный диаметр прокатки изделия. Вклю
чается механизм 12 подачи клети, и клеть, перемещаясь в осевом направлении, деформирует заготовку на оправке по заданному режиму. Положение валков по ходу клети задает и контролирует следящая (программная от ЭВМ или гидрокопировальная) система 13. После окончания рабочего хода валки разводятся и, при необходимости прокатки в два рабочих хода, клеть возвращается в исходное положение, процесс прокатки повторяется.
По окончании прокатки валки разводятся и на оправку сводятся упоры 14, установленные на клети. Клеть возвращается в исходное положение, снимая трубу с оправки, одновременно смещая центрователь.
По возвращении клети в исходное положение упоры срыва отводятся, а центрователь, возвращаясь в исходное положение, стягивает изделие с конца оправки и выводит его из зоны клети, укладывая на лоток, секции которого поднимаются по мере прохождения центрователя. Затем изделие принимается рычагами приемного устройства 15, лоток опускается, а изделие сбрасывается в карман 16 или передается на отводящий рольганг. Далее процесс повторяется.
Чаще всего используют станы с двумя -тремя рабочими валками и осями, параллельными оси прокатки. В общем случае профиль валков (рис. 8.12.28) состоит из рабочего конуса с углом а = 20 - 35°, цилиндрического калибрующего пояска 1ц, выходного конуса с оц = 10 - 30° и радиусных сопряжений R\ и л2.
Рис. 8.12.27. Стан ППТ с подвижной клетью и приводной длинной оправкой
СТАНЫ ПОПЕРЕЧНОЙ ПРОКАТКИ
661
Рис. 8.12.29. Схема ротационного выдавливания:
а - без утонения стенки заготовки (/к “ /о); б - с утонением стенки заготовки /о)
На точность изделия оказывают влияние механические свойства прокатываемого металла и подача т, приходящаяся на один валок за оборот. Обычно т = 0,1 - 1,5. Частота вращения зависит от диаметра изделия и обычно определяется условием: vOKp = 5-7 м/с. Допустимая деформация за пропуск для большинства сталей составляет 60 - 70 %, суммарная деформация без промежуточной термообработки - до 90 %.
Прокатные станы для получения конических, сферических или цилиндрических оболочек из листа (рис. 8.12.29) - станы для ротационного выдавливания - по своей конструкции и принципу работы аналогичны станам поперечной прокатки с приводной оправкой [4].
На стане могут быть прокатаны изделия практически из любых металлов, толщина стенки которых равна толщине исходного листа.
Размеры изделий следующие, мм: диаметр до 6000, толщина стенки 0,2 - 30 и высота до 3000.
Прокатку выполняют на оправке, профиль которой определяется внутренним профилем изделия. Валки имеют радиусную калибровку с радиусом /^ = (1 - 5)/о-
Расчет силовых параметров при поперечной прокатке. При ориентировочных расчетах составляющие полной силы прокатки могут быть определены как произведение среднего давления Рср на соответствующую площадь проекции очага деформации.
662
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОД НОД ЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Силы, действующие на валок (см. рис. 8.12.28): осевая:
Л) = Рср^о ~ РсфЬсрЫ',
радиальная:
?R ~ PcqFr ~ Pcpbc^h
тангенциальная:
А = Рср-^Т = Ре?™!'
Суммарный момент прокатки
= пРхг.
В формулах: />ср - среднее давление при ориентировочных расчетах рср = (2,5 - 3)ств; />ср - средняя ширина очага деформации;
^ср ~	2	^тКп]№>С1' + ^упр
здесь = А/ / tQ - вытяжка; А/ =	- /к -
абсолютное обжатие; tQ и tK - толщины стенок соответственно заготовки и прокатанной трубы; Т^!Р = 2/^ /(R + г) - приведенный радиус; R и г - радиусы соответственно валка и трубы; />упр = Рср^пр / 9500	- упругое
сплющивание валков; I = А/ / tga + /ц - длина очага деформации; 7Ц = (5 - 10)/и - длина калибрующего пояска валка; п - число валков.
8.12.5.	ПЛАНЕТАРНЫЕ СТАНЫ
Сущность процесса прокатки на планетарных станах состоит в том, что движущиеся по круговым траекториям - орбитам 4 приводные рабочие валки 3 с калибром переменного сечения образуют на некоторой части орбит ручей, сечение которого в начале уменьшается, а затем - постоянно. В этом ручье обжимается равномерно подаваемая валками 2 заготовка I (рис. 8.12.30). Пары валков располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях, что устраняет необходимость кантовки проката, и следовательно, - механизм поворота прерывистого действия. Таким образом, стан не содержит элементов, совершающих прерывистое или возвратно-поступательное движение, рост динамических сил в которых ограничивает быстроходность станов ХПТ.
Применение станов - прокатка цилиндрических и профильных (квадратных, трапецевидных и им подобных) длинномерных труб, в основном на плавающей оправке, возможна прокатка "из бухты в бухту".
Оборудование стана. Линия стана (рис. 8.12.31) состоит из правильно-разма-тывающего устройства I для бухтовых заготовок, приемного стола 2 для прямых заготовок со сбрасывателем и рольгангом J, гусеничного задающего механизма 4, планетарной рабочей клети 5, привода планетарной клети 6, гибочно-сматывающего устройства 7 для бухт и стола 8 с карманом для прямых труб. Стан имеет системы густой, жидкой циркуляционной (шестеренная и планетарная клети) и технологической смазок, оборудование для их нанесения на внутреннюю поверхность заготовок, а также оптико-механические приспособления для настройки.
Рис. 8.12.30. Схема планетарного стана
ПЛАНЕТАРНЫЕ СТАНЫ
663
Рис. 8.12.31. Линия планетарного стана
Техническая характеристика планетарного стана типоразмера 35
Размеры заготовки, мм: наибольший диаметр ...	35
толщина стенки....... 3,5 (5)
Размеры готовых труб, мм: наименьший диаметр (сторона профиля)........	8
толщина стенки....... 0,8
длина................ принципиально	неограни-
чена
Скорость выхода проката, м/мин...................... 12	- 25
Число валков............. 4 х 4 =	16
Средний катающий радиус, мм....................... 40
Наибольшее число циклов обжатия в минуту.........	3000
Передаточное число привода рабочих валков........	6
Суммарная установочная мощность электроприводов, кВт...................... 80
Габаритные размеры стана, мм: длина.................... 15 000
ширина............... 2500
Масса оборудования, кг	12 000
Планетарная клеть (рис. 8.12.32) представляет собой сварную крестообразную станину 7, в пазах которой расположены подушки четырех одинаковых узлов планетарных валков. Каждый из них имеет массивную консольную ось 2 с фланцем, выполняющим роль подушки. На оси установлен сепаратор 3, опирающийся одной стороной (через подшипник) на промежуточный стакан 4, обеспечивающий его осевую фиксацию, а другой - на ступицу ведомого конического зубчатого колеса 5, приводящего сепаратор во вращение. В четырех расточках сепаратора на сферических роликовых подшипниках закреплены оси 6, несущие на одном конце консольные рабочие валки 7, а на другом - цилиндрические шестерни-сателлиты 8 планетарной передачи, находящиеся в зацеплении с неподвижный зубчатым венцом 9 (с внутренним зацеплени
ем), закрепленным на фланце. Передаточное число этой передачи кратно единице и однозначно определяет угловое положение валка на орбите.
Синхронизация планетарных валков обеспечивается шестеренной клетью (см. поз. 6 на рис. 8.12.31), передающей вращение от главного электродвигателя сепараторам посредством шпинделя и конических зубчатых передач.
Преимущества планетарных станов по сравнению со станами ХПТ традиционной конструкции:
высокая производительность, определяемая многократно большей частотой циклов деформации и отсутствием технологических пауз;
меньшее давление металла на валки, достигаемое уменьшением их размеров и подачи, способствующее сокращению габаритных размеров и массы стана;
высокая дробность деформации и благоприятная для прокатки малопластичных материалов схема напряженного состояния, близкая к всестороннему сжатию;
отсутствие "обратного хода";
наличие двух чередующихся плоскостей разъема калибров, что позволяет прокатывать профильные, в том числе несимметричные, изделия без затекания металла в зазор между калибрами (без облоя).
Особенности конструкции станов связаны с работой механизмов стана в поле центробежных сил (в 15 - 20 раз превосходящих их вес), воздействующих на детали и находящуюся в узлах смазку, а также в условиях вибраций, затрудняющих стопорение резьб и вызывающих контактную (фретгинг) коррозию незатягиваемых соединений с переходными посадками. Из-за перераспределения зазоров первый из этих факторов вызывает удар в телах качения подшипников в момент входа валка в контакт с заготовкой, повышающей давление в 1,5 - 2 раза. Для устранения динамических сил вводят урановеишваю1цее устройство, с помощью которого массивные детали узла рабочих валков на холостой части орбиты прижаты в направлении действия рабочих нагрузок.
664
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
С целью предупреждения повышенного износа роликов, и главное, - сепараторов подшипников в опорах рабочих валков рекомендуется применять подшипники с легким полиамидным сепаратором, армированным сталью или стекловолокном, полностью охватывающим ролик, или массивным сепаратором, центрируемым по внутренней поверхности наружного кольца.
Расчет силовых параметров. Для расчета калибровок, сил и моментов прокатки используют закономерности, разработанные для станов ХПТ. Из этих выражений:
подача
где Vjjx - скорость подачи заготовки на входе в стан; z - число пар рабочих валков; п - частота вращения планетарных валков (сепараторов); длина зоны деформации (величина, аналогичная полезной части хода клети стана ХПТ) при двухстороннем (для выпуска разных размеров труб) калибре
/ = 2/Lsin—
В 2(/-1)’
где 7^ - радиус делительной окружности венца планетарной передачи привода рабочих валков; / - ее передаточное число.
8.12.6. ТРУБОВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ
Волочение труб осуществляют на станах прямолинейного и бухтового волочения. Наиболее распространены схемы волочения: без оправки (рис. 8.12.33, а), на закрепленной оправке (рис. 8.12.33, 0, на подвижной длинной оправке (рис. 8.12.33, в) и на самоуста-навливающейся (плавающей) оправке (рис. 8.12.33, г) [5].
Безо правочное волочение. Трубу протягивают через волоку (см. рис. 8.12.33, а)у при этом уменьшаются наружный и внутренний диаметры заготовки. Толщина стенки s может немного изменяться (увеличиваться или уменьшаться) в зависимости от отношения диаметра к толщине стенки. Если при практических расчетах пренебречь изменением стенки заготовки, то степень деформации (вытяжка)
X =	- ^Оср
^1 ^1ср где г/оср - средний диаметр заготовки; *Zicp -средний диаметр готовой трубы.
Сила волочения
Р3 =	- 5),
где - наружный диаметр трубы.
ТРУБОВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ
665
Рабочее напряжение
ще а = ц / а; ц - коэффициент трения; а -угол, образованный осью волочения и конусом волоки.
Волочение на короткой оправке (см. рис. 8.12.33, б) приводит не только к уменьшению диаметра, но и толщины стенки заготовки. Поэтому вытяжка
^Оср -Ур ^Icp
(8.12.2)
ще $о и 51 - толщина стенок соответственно заготовки и готовой трубы.
Напряжение волочения определяют по формуле (8.12.1), но в этом случае
а = (1 + /и)— « (0-3,8); а
т - 1 25сР
“ср
Сила волочения
Р» = СТ1 ^(rfl2 - ^Ib) ~	“ sl)' <8.12.3)
Необходимо отметить, что при неподвижной оправке контактные силы трения действуют против направления волочения не только по наружному, но и по внутреннему диаметру, что ограничивает степень деформации. Обычно X < 1,6.
Волочение на подвижной длинной оправке (см. рис. 8.12.33, в) осуществляется с уменьшением диаметра и
толщины стенки трубы. Поскольку скорость оправки равна скорости выходящий из волоки трубы, силы трения на внутренней поверхности контакта действуют по направлению движения металла, что способствует уменьшению силы волочения и повышению степени деформации. Вытяжка может достигать X = 2 - 2,3.
Напряжение волочения можно определить по формуле (8.12.1), в которой
. ц 2ц ^ср а = (1 - т) — = —
а а <7ср
Силу волочения вычисляют также по формуле (8.12.3).
Волочение на самоустанав-ливающейся (плавающей) оправке (рис. 8.12.33, г) - единственный способ деформирования, позволяющий осуществлять процесс волочения "из бунта в бунт".
Вытяжку определяют по формуле (8.12.2), практически X = 1,3 - 1,5.
Для того, чтобы оправка удерживалась в очаге деформации, горизонтальная составляющая сил трения должна быть больше выталкивающей силы волочения, т.е. Тх > Рх или
цопРсозр > Psinp, где цоп - коэффициент трения по оправке; роп > tgp, так как р < а, Р/а = п < 1(~ 0,9),
т.е. цоп > ла.
Таким образом, коэффициент трения по поверхности контакта оправки с трубой должен быть больше коэффициента трения в контакте трубы с волокой.
Входящее в формулы рабочее напряжение ci для всех случаев волочения можно определить по номограмме на рис. 8.12.34.
666
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
Рис. 8.12.34. Номограмма для определения напряжения волочения
Практические расчеты. Для определения силы волочения при практических расчетах можно пользоваться упрощенными формулами:
при волочении без оправки
PB=l,loB s£Fi;
<Ч> при волочении на неподвижной оправке
Рв = 1>05ав zE\F\ ;
Ср
при волочении на подвижной оправке
Рв = 1,75<ГВ s£2fi;
ср
здесь с = (Fo - fj) / Fq; авср - среднее значение временного сопротивления материала до и после деформации; Fq и Fi - площадь поперечного сечения трубы до и после волочения;
£ _ tga 4- ц .
(1 - jitga)tga ’
Е	tga 4- ц ( ДЦ	.
(1 - ptga)tga tga ’
Е	tga 4- ц ац
2	(1 - ptga)tga tga ’
где а - отношение радиуса оправки к среднему радиусу готовой трубы.
Станы прямолинейного волочения. По характеру работы прямолинейные станы подразделяют на периодические, полунепрерывные и непрерывные. Наиболее распространены периодические волочильные станы. Конструкция станов зависит от способа волочения, схемы приложения тяговой силы волочения и типа привода. ’
Станы периодического действия для безоп-равочного волочения имеют различные конструкции. На рис. 8.12.35, а приведен механизированный стан с ручной загрузкой и выдачей готовых труб, на рис. 8.12.35, б - механизированный стан, на рис. 8.12.35, в - стан с про-талкивателем заготовок через волоку и на рис. 8.12.35, г - стан бунтового волочения.
Безоправочные станы оборудованы отдающим барабаном и ножницами для разрезки готовых труб на мерные длины.
При закрепленной и плавающей длинных оправках схемы станов компонуют по схемам, приведенным на рис. 8.12.36. В короткооправочных станах предусматривают позицию загрузки, на которой выполняют операции для подготовки трубы к волочению и введения оправок.
ТРУБОВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ
667
Рис. 8.12.35. Станы периодического действия для безоправочного волочения:
1 - стойка волок; 2 - стол; 3 - тянущая тележка; 4 - главный привод; 5 - приемно-разборочное устройство;
6 - карманы; 7 - проталкиватель; 8 - отдающий .барабан; 9 - ножницы
Рис. 8.12.36. Схемы станов периодического действия для волочения при закрепленной и плавающей оправки:
1 - стойка для волок; 2 - рабочий стол; 3 - тянущая тележка; 4 - главный привод; 5 - карманы;
6 - приемно-разборочное устройство; 7 - механизм надевания заготовки на оправку; 8 - стеллаж;
9 - механизм подготовки захваток; 10 - толкатель
668
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
В зависимости от того, надевается труба на оправку или оправка вводится в трубу, применяют различную компоновку станов. Если оправка вводится в трубу (рис. 8.12.36, 0, то трубу размещают перед стойкой волок и толкателем. Здесь принята линейно-последовательная схема размещения оправки со стержнем, заготовки и готовой трубы. При этом общая длина стана возрастает, исключается возможность ввода оправки в трубу и одновременного осуществления процесса волочения. Преимущество конструкции - уменьшение ширины стана и наличие всего одного комплекта оправок.
Для совмещения процесса волочения и надевания труб на оправки предназначены станы, схемы которых приведены на рис. 8.12.36, а. в - д.
При планировке стана по схеме рис. 8.12.36, в загрузку располагают над плоскостью волочения. Ширина стана уменьшается, и оператор может спокойно обслуживать прием
но-разборочное устройство и механизм надевания труб на оправки. При планировке по схеме, приведены на рис. 8.12.36, а механизм подготовки захваток устанавливают в позиции загрузки; на рис. 8.12.36, д позиция загрузки находится в плоскости волочения, но механизм подготовки захваток расположен параллельно оси волочения; ширина стана заметно увеличивается, однако появляется возможность совмещения волочения, подготовки захваток на трубах, операции надевания труб на оправки и подачи труб в позицию волочения. При надевании труб на оправки производительность стана возрастает, но требуется двойной комплект оправок для возможности совмещения волочения и надевания труб на оправки.
Станы бухтового волочения. Технические характеристики барабанных станов с вертикальным барабаном и верхним расположением привода (рис. 8.12.37, а) приведены в табл. 8.12.3.
Рис. 8.12.37. Трубоволочильные станы бухтового волочения с вертикальным барабаном и следующим расположением привода:
а - верхним (стан ВСТ-1/1500); б - нижним (стан ТБ-2800)
ТРУБОВОЛОЧИЛЬНЫЕ СТАНЫ
669
8.12.3. Технические характеристики вертикальных трубоволочильных станов с плавным регулированием скорости волочения
Параметр	Стан		
	ВСТ-1/750	ВСТ-1/1000	ВСТ-1/1500
Сила волочения, кН	15	25	80
Размеры волочильных труб, мм:			
диаметр	8 - 1,2	15 - 5	45 - 8
Длина обрабатываемых труб, м	350 - 2300	280 - 800	130 - 600
Скорость волочения, м/с	1,6 - 9	1,4 - 9	0,7 - 9,5
Размеры барабана, мм:			
диаметр	750	1000	1500
рабочая длина	1200	1500	
Вместимость накопительных бухт, шт.	1	5	13
Электродвигатель главного привода:			
тип	П92	П112	
мощность, кВт	32	42	70
частота вращения, мин’1	750 - 1500	650 - 1800	600 - 1800
Габаритные размеры стана, мм:			
длина	9100	12 375	12 395
ширина	4300	4000	4500
высота	4630	4522	4650
Масса стана, т	22,15	30,98	40,6
Работа барабанного стана ВСТ-1/1500 с верхним расположением привода осуществляется в такой последовательности. Вначале его загружают бухтами 3, которые поднимаются вверх элеватором 1 от нижнего транспортирующего конвейера 9 на рабочий стол 4. Здесь гидроножницами отрезают ранее обжатый конец трубы, идущей на повторное волочение. Затем с помощью дозатора внутрь труб подают смазочный материал, в трубу вводится оправка и осуществляется обжим конца трубы с оправкой заковочным устройством. Бухта подается верхним конвейером 2 на рабочую площадку 12, где размещается размоточный стол 11 с вертикальными и горизонтальными роликами, фиксирующими бухты при размотке и волочении. Размоточный стол перемещается вверх и вниз с помощью гидропривода 10. На столе расположен волокодержатель с механизмом подачи труб в волоку.
Обжатый конец труб, вышедший из во-локодержателя, захватывается клещами, закрепленными на барабане 8. С этого момента начинается плавный разгон барабана до рабочей скорости от электродвигателя 5 главного привода с помощью коробки скоростей 6 и редуктора 7. После волочения происходит расцепление клещей и бухта спадает к нижне
му транспортирующему конвейеру. В зависимости от технологического маршрута бухта либо выдается из стана гидроцилиндром, либо другим гидроцилиндром передается на нижний конвейер при необходимости повторного волочения.
Станы с вертикальным барабаном и нижним расположением привода (рис. 8.12.37, б) используют для волочения труб большего диаметра. Съем труб после волочения на этих станах осуществляется специальным механизмом, тогда как при верхнем расположении привода, труба снимается с барабана под действием собственной силы тяжести. Примером стана такого типа является стан ТБ-2800.
Техническая характеристика стана ТБ-2800 с нижним расположением привода
Сила волочения, кН........... 150
Диаметр барабана, мм.........	2800
Размеры волочимых труб, мм: диаметр...................... 70 - 25
максимальная длина для труб: диаметром 25............. 5 • 105
670
Глава 8.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ
диаметром 70.............. 105
толщина стенки............ 4,00	-	1,65
Скорость волочения, м/с.... 0,67 - 6,70
Регулирование скорости..... Плавное
Масса бухты, кг............ 800
Мощность главного привода, кВт..........-............. 250
Стан состоит из привода 2 барабана, размоточного стола 4, барабана 7, бухтоуклад-чика 6, бухтонакопителей 8, конвейера 77, механизмов 10 и 9 соответственно обрезки концов и обжима конца труб.
Размоточный стол, фиксируемый по колонке 5, перемещается вверх и вниз с помощью гидроцилиндра 7. Бухтоукладчик тремя телескопическими подъемниками 5, расположенными на концах поворотной траверсы, осуществляет все транспортные операции. Переносимые бухтонакопители имеют по высоте три ряда рычагов, на которые бухтоуклад-чиком устанавливаются три бухты. Бухтонако-питель подается к стану конвейером 77. Все тяжелые ручные операции осуществляются поворотным краном 14.
Последовательность работы стана. На горизонтальный конвейер загружается несколько бухтонакопителей, которые подаются на место подготовки труб. Здесь внутрь трубы вводится технологическая смазка, надеваются оправки и обжимаются концы труб. Тут же при повторном волочении отрезается ранее обжатый конец трубы. Подготовленная бухта 13 попадает на размоточный стол. Механиз
мом заправки обжатый конец подается через волоку 72 к клещам барабана. С этого момента начинается плавный запуск барабана, протягивающего трубу через волоку. Одновременно стол опускается ниже, и труба раскладывается по барабану. При окончании волочения клещи разжимаются, и труба упруго распушивается на барабане. С помощью бухтоукладчика труба снимается и передается на свободный бухтона-копитель.
В такой последовательности проходят волочение все бухты, подаваемые с бухтонакопителей. Одновременно с этим на противоположной стороне стана бухтоукладчиком снимаются с. барабана протянутые бухты и укладываются на свободные бухтонакопители. После однократного волочения всех труб конвейер начинает работать в противоположном направлении, осуществляя доставку бухт к барабану. При введении в процесс промежуточного отжига бухты в соответствии с режимом обработки подаются в отжиговые печи и затем снова направляются на повторное волочение.
Станы с горизонтальным расположением	барабанов
(табл. 8.12.4) имеют более простую конструкцию. Труба, свернутая в бухту, укладывается на размоточный стол с вертикальной осью. После проталкивания конца трубы через подвижную волоку труба закрепляется на горизонтальном барабане. Раскладка ее на барабане выполняется с помощью передвижения раздаточного стола с волокодержателем по направляющим станины.
8.12.4. Технические характеристики горизонтальных трубоволочильных станов
Параметр	Стан		
	ТБК-2200	ТБ-2200	ТБ-1500
Сила волочения, кН		150	
Наружный диаметр трубы, мм:			
исходный	40 - 70	30 - 60	25 - 50
после волочения	30 - 60	25 - 50	20 - 45
Максимальная длина трубы после волочения, м	75	120	200
Максимальная масса трубы, кг		300	
Временное сопротивление материала обрабаты-	340 - 350	380 - 400	400 - 420
ваемой трубы, МПа			
Диаметр барабана, мм	2200		1500
Скорость волочения, м/с	1,5		2
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
671
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Вердеревский В. А., Глейберг А. 3., Никитин А. С. Трубопрокатные станы. М.: Металлургия, 1983. 240 с.
2.	Вердеревский В. А., Зельдович Л. С., Шениц Б. Теоретические основы процесса непрерывной холодной прокатки труб на длинной оправке // Сталь, 1990. № 10. С. 65 - 69.
3.	Гриншпун М. И., Соколовский В. И. Станы холодной прокатки труб. М.: Машиностроение, 1967. 239 с.
4.	Могильный Н. И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение, 1983. 190 с.
5.	Королев А. А., и др. Механическое оборудование заводов цветной металлургии. Ч. 3. М: Металлургия. 1989. 623 с.
Глава 8.13
АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
8.13.1. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
В трубоэлекгросварочных агрегатах (ТЭСА) осуществляют подготовку, формовку и сварку трубных заготовок, а также калибровку и отделку готовых труб. Агрегаты классифицируют по диаметру изготовляемых труб. Так, для производства труб большого диаметра используют агрегаты со станами 530-1020 и 1020-1620 (цифры - интервалы диаметров изготовляемых труб в миллиметрах), труб среднего диаметра - агрегаты со станами 20-76, 51-114, 102-220 и 203-530 и труб малого диаметра - агрегаты со станами 6-32.
Технологические схемы производства. Трубы большого диаметра изготовляют из листов с одним или двумя швами [1]. Производство одношовных труб (рис. 8.13.1, а) осуществляют из одного листа. Основная операция - формовка листа в круглую незамкнутую заготовку для последующего осуществления сварочного процесса. Наиболее современный способ формовки - формовка с помощью прессов, которую осуществляют в несколько операций. Первая операция (загибка кромок листа с каждой стороны) осуществляется либо на прессах, либо на непрерывном формовочном стане; вторая операция (предварительная формовка) - на гидравлическом прессе, где лист приобретает U-образную форму; третья операция (окончательная формовка) - придание трубной заготовке О-образной формы также на прессах.
На агрегатах для производства двухшовных труб (рис. 8.13.1, б) в качестве исходной заготовки применяются два листа, каждый из которых в готовой трубе составляет полуцилиндр.
Диаметры таких труб в основном 1020 -1620 мм. При производстве труб используют два способа формовки полуцилиндров: на прессах и в валково-роликовом стане.
Формовка полуцилиндров состоит из трех операций:
на кромкоформовочном стане подгибаются продольные кромки;
на прессе предварительной формовки из листа получают заготовку U-образной формы;
на прессе окончательной формовки заготовке придается форма полуцилиндра.
Сборку полуцилиндров проводят на сборочных устройствах, затем собранные попарно полуцилиндры подаются в линию сварки.
Трубы малого и среднего диаметров изготовляют по одной из пяти технологических схем (рис. 8.13.2):
схема "а” наименее эффективна, так как процесс не является "бесконечным", применение этой схемы целесообразно только при незначительных объемах производства;
схема ”б' более производительная, так как позволяет использовать рулон большого развеса, полученный стыковкой и сваркой;
схема ”в" обеспечивает непрерывность процесса, наиболее производительна, получила наибольшее распространение в трубной промышленности; по этой схеме производят трубы всего сортамента с толщиной стенки 0,4 -12,5 мм; "бесконечность" процесса обеспечивается устанавливаемой в линии ТЭСА стыкосварочной машиной и накопителем ленты;
схема "г” позволяет осуществлять процесс редуцирования труб с натяжением, что дает возможность получать трубы различных диаметров и толщин стенки, не меняя размеров исходной заготовки - ленты; одновременно возрастает производительность агрегата и экономичность производства, так как процесс редуцирования с натяжением дает возможность производить трубы с минусовым допуском по толщине стенки;
схема "д' - в составе линии стана предусмотрен бунгонаматыватель; схему применяют при изготовлении труб малых диаметров, а также на станах; продукция которых идет на дальнейший холодный передел (волочение) в бухтах.
Основные виды сварки труб. Сварку труб проводят давлением или плавлением [7]. Сварка давлением состоит из двух этапов: подогрева кромок свариваемый трубной заготовки до температуры сварки и сдавливания нагретых кромок. Процесс осуществляется токами высокой частоты (ТВЧ) и постоянным током.
При сварке плавлением кромки трубной заготовки соединяются в результате расплавления основного металла по кромкам в местах их соприкосновения или основного металла кромок и металла электродов. Используют дуговую сварку под слоем флюса, элекгродуговую сварку, микроплазменную и лазерную.
672
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13.1. Схема технологической последовательности изготовления прямошовных труб дуговой электросваркой под слоем флюса на гидравлических прессах из одного и двух листов:
1 - укладка стопы листов; 2 - поштучная подача листов в линию производства; 3 - правка листов; 4 - строгание боковых кромок листа; 5 - обрезка концов листа; 6 - очистка кромок; 7 - подгибка кромок листа по радиусу готовой трубы; 8 - предварительная формовка; 9 - окончательная формовка; 10 - сборка двух полуцилиндров в трубу-заготовку; 11 - сварка наружного шва; 12 - сварка второго наружного шва; 13 - сварка внутреннего шва; 14 - очистка внутренней поверхности труб от флюса и шлаковой корки; 15 - сварка второго внутреннего шва;
16 - повторная очистка от флюса и шлаковой корки; 17 - ультразвуковой контроль качества шва;
18 - исправление дефектов сварного шва; 19 - обрезка в случае необходимости концов труб газовыми резаками; 20 - снятие фаски; 21 - фрезеровка валика усиления шва; 22 - калибровка (экспацдирование) и гидроиспытания;
23 - окраска; 24 - сушка; 25 - складирование
д)
Рис. 8.13.2. Технологические схемы производства сварных труб малого и среднего диаметров:
1 - размотка рулона; 2 - правка ленты; 3 - обрезка концов ленты; 4 - сварка концов ленты; 5 - намотка и размотка укрупненного рулона; 6 - формовка ленты; 7 - сварка трубы; 8 - снятие наружного грата;
9 - охлаждение шва; 10 - калибровка трубы; И - дефектоскопия трубы; 12 - резка трубы; 13 - нагрев трубы перед редуцированием; 14 - редуцирование трубы; 15 - рубка трубы; 16 - смотка трубы в бунт
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
673
Высокочастотная сварка осуществляется током частотой 70 - 450 кГц при изготовлении труб диаметром 6 - 530 и толщиной стенки 0,5 - 10 мм. На станах для изготовления кабельных оболочек используют ток частотой 1750 кГц. Достигаемая скорость сварки труб из углеродистых и легированных сталей, цветных металлов и их сплавов 200 м/мин и более. Токами высокой частоты осуществляют поверхностный нагрев кромок трубной заготовки в очень тонком слое. Глубина h проникновения тока в сталь зависит от частоты /тока. и температуры нагрева кромок:
h = k/Jf,
ще к - коэффициент, зависящий от электрических и магнитных свойств металла и температуры его нагрева (табл. 8.13,1);/- в Гц.
8.13.1. Значения коэффициента к
Свариваемая сталь	Температура нагрева, °C	к
Углеродистая	20	30
	1000	600
Аустенитная	20	450
	1000	600
Подвод тока к кромкам трубной заготовки осуществляется способами: контактным и индукционным. При контактном методе сварки (рис. 8.13.3, а) ток проходит двумя путями: путь 1 - от первого контакта вдоль одной кромки трубной заготовки до точки схождения кромок и вдоль другой кромки до второго контакта (ток /j); путь 2 - от одного контакта к другому вокруг трубной заготовки (шунтирующий ТОК 12).
Ток, протекающий по кромкам трубной заготовки и по периметру заготовки, определяют из соотношения индуктивных сопротивлений каждой из рассматриваемых цепей на
грузки. Индуктивное сопротивление цепи, образованной периметром трубной заготовки, значительно превышает ицдукгивное сопротивление цепи кромок, поэтому максимальная часть суммарного тока будет проходить непосредственно по кромкам заготовки. Максимальная температура будет в точке схождения кромок. Благодаря давлению сварочных валков, в этом месте проводят сварку с образованием шва.
Индукционный подвод тока (рис. 8.13.3, б) осуществляется 2- или 3-витковым индуктором. Под действием электрического тока высокой частоты, проходящего по индуктору, в металле трубной заготовки возникает электродвижущая сила, под влиянием которой в этой заготовке образуется электрический ток такой же частоты. Пуги его прохождения будут теми же, как и при контактном подводе тока, только по периметру трубной заготовки ток может пойти большей силы, так как индуктор охватывает трубу кругом, это приводит к повышенному расходу электроэнергии. Увеличение диаметра заготовки вызывает рост расхода энергии.
Для усиления эффекта нагрева кромок при сварке ТВЧ внутрь заготовки, в зону сварки вводят ферритовый сердечник с высокой магнитной проницаемостью. Феррит увеличивает ицдукгивное сопротивление для тока, проходящего по периметру трубы, в связи с чем основной ток концентрируется на кромках.
Сварку постоянным током (рис. 8.13.4, а) применяют при изготовлении труб диаметром 5 - 30 мм из малоуглеродистой холоднокатаной ленты толщиной 0,5 - 1,5 мм. Скорость сварки до 80 м/мин. Электрический ток силой 16 - 40 кА при напряжении 10 В подводится к кромкам трубной заготовки 7 с помощью вращающихся медных электродных колец 7, разделенных между собой изолятором 2. Трубная заготовка подается валками 4 с направляющей шайбой 5. Кромки сформованной трубной заготовки, попадая в зазор между электродными кольцами, нагреваются.
Рис. 8.13.3. Схема подвода тока высокой частоты к кромкам трубной заготовки:
1 - сваренная труба; 2 - сформованная заготовка; 3 - сварочные валки; 4 - индуктор; 4а - скользящие контакты;
5 - место сварки; 6 - ферритовый сердечник
22 Зак 108
674
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13.4. Схема сварки постоянным током
Под давлением шовосжимающих валков 3 и электродных колец, образующих замкнутый сварочный калибр, кромки свариваются, превращая трубную заготовку в трубу 6. Сварка постоянным током осуществляется без использования ферритов, что позволяет уменьшить диаметр свариваемых труб. Постоянный ток из-за отсутствия пульсации, нагревает кромки равномерно. Благодаря этому достигается высокое качество сварки и уменьшение размеров внутреннего грата, однако требуется дополнительная очистка ленты.
Дуговую сварку под слоем флюса используют при производстве труб диаметром 530 - 2520 и толщиной стенки 3 -40 мм, при сварке труб из углеродистых сталей (до 0,4 % С), а также низколегированных сталей марок 14ХГС, 17ГС, 10Г2СД, 19Г, 17ГН и др. Процесс сварки (рис. 8.13.5) обеспечивается возбуждением постоянной электрической дуги (температура горения более 3600 °C) между кромками трубной заготовки и плавящимся электродом. Кромки трубной заготовки плавятся, образуя ванну жидкого металла. Металл электрода переходит в ванну в виде капель, отделяющихся от него в процессе горения дуги. Одновременно плавится флюс, поступающий из бункера.
Рис. 8.13.5. Схема дуговой сварки под слоем флюса: 1 - сварочная дуга; 2 - электрод; 3 - заготовка;
4 - жидкий металл; 5 - флюс; 6 - газовый пузырь;
7 - расплавленный флюс; 8 - шов
Расплавленный флюс плотным слоем изолирует ванну жидкого металла от окружающей среды и препятствует проникновению вредных газов из атмосферы в шов. Раскисление металла шва и его легирование в основном проводят флюсом и, в меньшей степени, -электродом. При движении дуги вперед расплавленный металл застывает, образуя сварной шов. Застывший флюс создает шлаковую корку. Сварку ведут двумя - тремя сварочными головками одновременно.
Эффективная тепловая мощность, расходуемая на нагрев металла трубы и электрода, определяется по формуле
Сэф = 0Д4& I и Т)эф j
где к - коэффициент, учитывающий влияние переменного тока на мощность дуги; при постоянном токе к — 1; при переменном токе к - 0,7 - 0,97; I - ток, А; и - напряжение дуги» В; Цэф - эффективный КПД процесса нагрева металла дугой, который изменяется в довольно широких пределах и зависит от способа дуговой сварки.
Способ сварки	т]Эф
Неплавящимся электродом в защитных газах........... 0,45	-	0,60
Плавящимся электродом.... 0,65 -	0,75
Плавящимся покрытым электродом .................. 0,75	-	0,85
Плавящимся электродом под флюсом................... 0,75	-	0,90
Электродуговая сварка в среде инертных газов распространена при изготовлении труб диаметром 6 - 426 и толщиной стенки 0,2 - 5,0 мм из легко окисляющихся высоколегированных сталей (коррозионно-стойких и жаропрочных), никеля и его сплавов, а также из некоторых цветных металлов (алюминия, магния и др.) и их сплавов. Скорость сварки 0,5 - 8,0 м/мин.
При дуговой сварке в среде инертных газов электрическая дуга горит между неплавящимся вольфрамовым электродом и свариваемой заготовкой. Кромки заготовки оплавляются, образуя ванночку расплавленного металла. При кристаллизации происходит сварка. Необходимая сила для удержания кромок в определенном положении в момент кристаллизации создается шовосжимающими валками.
Сварку осуществляют в специальных камерах, герметизирующих сварочный узел. Для подвода тока и подачи инертного газа применяют специальную горелку. Сварку производят постоянным током прямой или обратной по
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
675
лярности в зависимости от металла заготовки -штрипса, а также переменным током.
Трубы из коррозионно-стойких и хроможелезоникелевых сталей сваривают постоянным током прямой полярности (к электродам подключают отрицательный полюс), а трубы из алюминия, магния и их сплавов сваривают током обратной полярности. Защитные газы - аргон и гелий. При использовании аргона зона термического влияния шва больше, чем при использовании гелия. Однако аргон значительно дешевле. Гелий дает возможность увеличить скорость сварки, но при этом повышается его расход. Для уменьшения в трубах внутреннего трата в зоне жидкого металла с внутренней стороны трубы создают газовый подпор аргоном под давлением 0,6 - 1,0 кПа.
Микроплазменная сварка осуществляется дугой прямого действия, горящей между вольфрамовым электродом и изделием. В начальный момент с помощью осциллятора проводится зажигание дежурной дуги между электродом и металлическим соплом, в которое подается плазмообразующий газ. Основная дуга между электродом и заготовкой зажигается с помощью дежурной дуги. К месту сварки подают защитный газ. Устойчивое и стабильное горение микроплазмы на малых токах (0,1 А и менее) обеспечивают высокой степенью сжатия столба дуги каналом сопла малого диаметра (до 1 мм).
В качестве плазмообразующего газа используют аргон, а в качестве защитного - аргон, гелий, азот, смеси аргона с водородом (0,25 - 15 % Hi), аргона с гелием (до 70 % Не), аргона с азотом, азота с водородом (в зависимости от свариваемого металла). Шов, выполненный микроплазменной сваркой, более узкий, чем при аргонодуговой сварке.
Лазерная сварка (рис. 8.13.6). Развивающийся вид сварки труб из высоколегированных и трудносвариваемых материалов. Скорость сварки труб диаметром 10 - 50 мм с толщиной стенки до 1,5 мм при использовании газового лазера мощностью 5 кВт в настоящее время достигает 10 м/мин. Рабочий луч транспортируется от лазерной установки в зону сварки с помощью системы зеркал.
Рис. 8.13.6. Схема лазерной сварки:
1 - система транспортировки луча;
2 - фокусирующая оптика,
3 - система слежения за кромками;
4 - система подвода защитного газа;
5 - шовосжимающие валки
В случае, когда линия транспортировки значительна, устанавливаются промежуточные линзы, концентрирующие пучок света.
В зоне сварки луч фокусируется с помощью системы линз в точку схождения кромок трубной заготовки, разогревая обе кромки. Валки сжимают расплавленные кромки, осуществляя сварку. Зона разогрева (шов и око-лошовная зона) 0,1 - 0,3 мм.
Процесс требует высокой точности формовки заготовки и допускает колебание кромок как по вертикали, так и по горизонтали в пределах ± 0,05 мм. Сварку можно осуществлять стабильно только при наличии механизма корректировки местонахождения фокуса рабочего луча, управляемого системой слежения за положением кромок.
Конструкция основных машин для производства труб большого диаметра. На тр у -боформовочном прессе (табл. 8.13.2) осуществляют предварительную и окончательную формовки листа в трубную заготовку [6]. Пресс предварительной формовки (рис. 8.13.7) состоит из одинаковых гидравлических 4-колонных прессов 7, соединенных друг с другом балкой и имеющих общую подвижную траверсу 2. На траверсе закреплены сменные штампы 3, профиль которых соответствует диаметру формуемой заготовки.
8.13.2 Технические характеристики трубоформовочных прессов
Параметр	Пресс		
	предварительной формовки	окончательной формовки труб диаметром, мм	
		530 - 820	1020 - 1220
Усилие пресса, МН Диаметр труб, мм: одношовных двухшовных	20	160 1	200 530 - 920 020 - 1220
22*
676
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Продолжение табл. 8.13.2
	Пресс		
Параметр	предварительной	окончательной формовки труб диаметром, мм	
	формовки	530 - 820	1020 - 1220
Размеры листа (заготовка), мм:			
ширина листа	1250 - 3200	1250 - 2500	1675 - 3200
толщина листа	6,0 - 16	6 - 12	9,5 - 16
максимальная длина	12 500	12 000	
Ход подвижной траверсы, мм	750	650	
Скорость, мм/с:			
рабочего хода		30	
хода наполнения и возврат-	150		100
ного			
Давление рабочей жидкости,			
МПа:			
наполнения		0,6	
низкое		5	
высокое		32	
Масса пресса (без электрообору-		|	1030	
дования), т	335		1	1550
Рис. 8.13.7. Пресс предварительной формовки
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
677
На нижней балке 4, общей для обоих прессов, с двух сторон расположено по шесть секций роликов 5 гибки. В зависимости от размеров заготовки ролики сближают или раздвигают в поперечном направлении. В каждой секции роликов имеется груз 6У который возвращает ролики в исходное положение при подъеме штампа и заготовки. Подъем заготовки вверх после формовки осуществляется четырьмя пневматическими подъемниками, по которым согнутая заготовка выталкивается следующей заготовкой на приемный рольганг перед прессом окончательной формовки.
Пресс окончательной формовки состоит из шести двухколонных гидравлических прессов, установленных на двух общих основаниях по три на каждом. Принципиально конструкция пресса аналогична конструкции пресса предварительной формовки. Формовку заготовки осуществляют в закрытом калибре пресса при опускании верхней половины штампа. Сформованная заготовка приподнимается в штампе специальными роликами и выдается из пресса следующей заготовкой.
Расчет сил формовки. Максимальную силу [9], возникающую при предварительной формовке, приближенно определяют из выражения
Ls^ Ртах = 0Д6стт — ,
где стт - предел текучести материала; L и 5 -соответственно длина и толщина формуемого листа; Д. - диаметр трубы.
При окончательной формовке
Ртт = 2^Tt5'Zz)
где К - коэффициент, показывающий, на сколько напряжения в формуемой заготовке
превышают предел текучести ее материала (обычно К = 1,05).
Формовочный стан (рис. 8.13.8), предназначенный для непрерывной формовки листа в полуцилиндрические заготовки, состоит из задающей клети № 1 с двумя приводными горизонтальными валками 2, формующих рабочих клетей №№ 2 - 7 с нижними приводными горизонтальными валками и роликовых проводок 5, установленных между рабочими клетями. В клетях №№ 3-7 установлены узлы боковых вертикальных валков 6. На входе в стан установлена клеть 1 с двумя парами вертикальных направляющих валков. Верхние формующие валки 4 рабочих клетей регулируются по высоте с помощью электромеханического привода 3.
Техническая характеристика формовочного стана 1220 - 1620
Размеры формуемого листа, мм:
ширина................ 1891 - 2521
толщина............... 8,0 - 20,5
длина................. 11 500 - 12 500
Скорость формовки, м/с .... 13,5 - 28,0 Тянущая сила (максимальная), кН................. 450
Сила воздействия металла на валки (максимальная), кН....................... 1125
Суммарный вращающий момент при установившемся режиме, кН • м........... 140
Мощность электродвигателя привода валков каждой клети, кВт............... 160
Габаритные размеры стана, мм (длина х ширина х высота) ................... 36 800 х 4000 х
х 6500
Рис. 8.13.8. Формовочный стан
678
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Каждый наружный ролик 1 (рис. 8.13.9) роликовой проводки можно регулировать в горизонтальной плоскости, а также под углом, так как подушки 2 роликов представляют собой полуцилиндрические шайбы, поворачивающиеся в круговых направляющих корпусов 3. Корпуса установлены на кронштейнах 4 под углами, соответствующими углам подъема кромок формуемого листа 5. Для обеспечения нормального гиба кромок листа предусмотрены обоймы 6 с внутренними бочкообразными роликами 7. Опорные ролики 8 предотвращают провал листа.
Кромкогибочный стан формует гибкой продольные кромки листа при его продвижении. Стан состоит из четырех клетей: задающей с двумя приводными валками и трех формующих с нижнеприводными валками (рис. 8.13.10). Перед станом расположен подающий рольганг с центрователем. В первых двух формующих клетях осуществляется формовка кромок до радиуса меньшего, чем радиус готовой трубы, а в третьей (последней) осуществляется расформовка профиля до радиуса, большего, чем радиус готовой трубы.
Рис. 8.13.9. Роликовая проводка между горизонтальными клетями №№ 2 и 3 (см. рис. 8.13.8)
Рис. 8.13.10. Формирующая клеть:
1 - верхний гибочный валок; 2 - соединительная траверза;
3 - нажимной винт; 4 - станина;
5 - вал верхнего валка; 6 - вал нижнего валка; 7 - нижний гибочный валок
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
679
Рис. 8.13.11. Сборочное устройство
Сборочное устройство (рис. 8.13.11) обеспечивает захват двух полуцилиндров 7, находящихся на рольганге, их поворот на 90°, смыкание в трубу-заготовку 2 с двумя продольными стыками и удержание этой заготовки во время ее заталкивания в сварочный стан. Каждая половина сборочного устройства имеет вал 5, на котором закреплены пять рычагов 4. На каждом рычаге установлено три опорных ролика 5 - 7 и один упорный ролик 8 для удержания верхней кромки заготовки. Подъем рычагов каждой половины во время сведения полуцилиндров осуществляется от трех пневмоцилиндров 9. После установки полуцилиндров в вертикальное положение их нижние кромки удерживаются двумя стационарными ножами 10. Собранные полуцилиндры упором 11, смонтированным на тележке заталкивателя 12, перемещаются в стан совмещенной сварки.
Стан совмещенной сварки (рис. 8.13.12) предназначен для сварки наружных технологического и рабочего швов одновременно за один пропуск трубы. Оборудование стана: входная роликовая клеть 1, две тянущие клети 2, сварочная клеть 3, внутренняя оправка 16 и балкон стана 4. Входная роликовая клеть включает в себя роликовый нож 5 и подвеску 6 для закрепления на ней внутренней
оправки. На стойке клети закреплены роликовые обоймы - верхняя 7, две боковые 8 и нижняя 9. Боковые и верхние обоймы имеют механизмы для радиальной настройки.
Назначение тянущих клетей 2 - подача собранных полуцилиндров вдоль оси во время сварки. Клети имеют по два вертикальных рабочих валка 10. Каждый валок имеет свой привод от электродвигателя постоянного тока 11 через цилиндрический редуктор. Каждая клеть работает независимо. Для перемещения валка в горизонтальном направлении имеется нажимной механизм. В каждой клети предусмотрен нижний опорный ролик 12.
Сварочная клеть 3 осуществляет сведение свариваемых кромок полуцилиндров.
На раме сварочной клети установлены две верхние роликовые обоймы 13, две боковые обоймы 14 и нижние роликовые обоймы 15. Верхние и боковые обоймы настраиваются при помощи винтовых передач.
Внутренняя оправка стана разжимает роликами полуцилиндры во время движения, прижимая заготовку к наружным валкам тянущих клетей и другим наружным роликам, тем самым обеспечивает необходимую тянущую силу. Для фиксации верхнего стыка полуцилиндров внутренняя оправка содержит дисковый нож.
680
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис.8.13.12. Стан совмещенной сварки
Сварка в стане осуществляется следующим образом: заталкиватель и тянущая клеть устанавливают заготовку в исходное положение для сварки технологического шва, включаются технологическая сварка и перемещение сварочного аппарата навстречу заготовке на 400 мм. При подходе начала заготовки ко второму аппарату включается сварка рабочего шва. По окончании сварки в защитном газе первая тянущая клеть отключается, а сварка
Толщина стенки, мм............... 10,0
Скорость сварки, м/мин............ 3,0
Стан внутренней сварки (рис. 8.13.13) предназначен для сварки труб продольным внутренним швом. Содержит основную тележку 7, вспомогательную тележку 2, штангу 3, на которой размещен сварочный аппарат с механизмом подъема и опускания, балкон 4 штанги, рельсовый путь 5, устройство 6 подвода энергоносителей. Труба-заготовка 8 по роликам рольганга 7 поступает на основную тележку до упора 73, расположенного на вспомогательной тележке.
под слоем флюса проходит при включенной второй тянущей клети. С определенным интервалом в стан подается следующая заготовка с помощью первой тянущей клети и заталки-вателя. По окончании сварки под флюсом вторая тянущая клеть выдает заготовку, и процесс повторяется.
Скорости сварки наружных технологических и рабочих швов трубы:
11,0	12,0	14,0	16,0	17,4
2,8	2,7	2,5	2,2	2,0
Механизм 9 подъема трубы перемещает трубу-заготовку по вертикали на уровень сварки и с помощью поворотных роликов 12 устанавливает шов в необходимое угловое положение относительно сварочной головки. После этого с помощью приводного механизма 10 основная тележка начинает перемещаться по рельсовому пути, надвигая тем самым трубу-заготовку на штангу. Скорость передвижения тележки определяет скорость сварки. В обратном направлении труба отводится в скоростном режиме приводом 11.
Рис. 8.13.13. Стан внутренней сварки труб
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
681
Рис. 8.13.14. Гидропресс калибровки и испытания труб
Техническая характеристика стана внутренней сварки
Диаметр труб, мм........... 1220,	1420,
1620
Скорость: рабочего хода тележки (сварочная), м/мин...... 1-3
возврата тележки (маршевая), м/мин........... 33,4
подъема трубы, мм/с... 10 - 100
Производительность, труб/ч	5-7
Установленная мощность электроприводов (без сварочного оборудования), кВт... 65
Технологические параметры внутренней сварки труб:
тип сварочного аппарата ... А-1448 число дуг............... Трехцуговой
род тока дуги........... Переменный
и постоянный
Источник электропитания:
первая и вторая дуги: переменного тока........ ТДФЖ 2002
постоянного тока..... ВДУ1602
третья дуга............. Комбиниро-
ванный
Тип электропитания: первая и вторая дуги....... Переменный
ток
третья дуга............. Постоянный
ток
Гидропресс калибровки и испытания труб (рис. 8.13.14) состоит из станины 1 с закрепленными на ней стойками 2 и 3. Стойки стягиваются колоннами 4 и В стойках размещены головки 6 и 7, содержащие уплотнения, а также матрицы 8 и пуансоны 9 для калибровки концов трубы 10. На центральном валу 11 шарнирно установлено
пять пар полушгампов 22, которые с помощью гидроцилиндров 13 раскрываются, когда труба устанавливается по оси гидропресса, а затем закрываются и образуют замкнутый калибр, внутренняя поверхность которого ограничивает раздачу трубы при подаче давления. Таким образом осуществляют калибровку трубы по диаметру и ее гидроиспыгание. В закрытом положении полуштампы фиксируются специальным замком 14, который сверху надвигается на бурты полуштампов с помощью четырех гидроцилиндров 15.
Для* калибровки концов трубы и уплотнения ее во время гидроиспытания передняя и задняя головки перемещаются по направлению к торцам трубы, пуансоны выдвигаются, входят внутрь трубы и уплотняют ее по внутренней поверхности. Матрицы при этом с помощью клиньев, перемещаемых гидроцилиндрами, обжимают по периферии концы труб для получения правильного круга и точного размера по наружному диаметру.
Техническая характеристика гидропроцесса
Максимальное давление при раздаче, МПа: труб диаметром 1020 мм.........	20
труб диаметром 1220 мм......	16
Номинальная сила прессования, МН............................... 20
Длина калиброванного концевого участка трубы, мм.............. 100
Точность: калиброванного конца трубы, мм........................... ±1,6
диаметра по телу трубы, мм .... ±3,0 овальность, %............... 0,5	- 0,6
Теоретическая производительность пресса, пгг./ч при выдержке под давлением за время:
30 с..................... 23
10 с..................... 26
Габаритные размеры пресса с приводами, мм:
682
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
ширина..................... 10 500
длина...................... 39 000
высота над уровнем пола....	4780
Установленная мощность, кВт.....	1800
Масса, кг:
всей установки............. 910 000
в том числе собственно пресса 560 000
Конструкция основных машин для производства труб среднего н малого диаметров. Накопители создают запас ленты для обеспечения непрерывности процесса сварки труб на ТЭСА в момент стыковки и сварки заднего конца ленты с передним концом последующего рулона. Применяется три типа накопителей.
Тоннельный накопитель (рис. 8.13.15), размещают под линией подготовки ленты. Нагон ленты осуществляется роликами 7, ролики 2 выгягквахуг ленту из тоннеля и направляют ее в формовочно-сварочную линию. Ролики 3 являются направляющими и предотвращают перегибы ленты. Петля ленты в тоннеле огибает барабан 4, который, перемещаясь вдоль тоннеля с помощью канатной лебедки 5, создает натяжение петли во время ее нагона и выборки. Барабан установлен на тележке, перемещающейся на катках по рельсам 6. В положении 7 барабан находится, когда полностью выбран запас ленты, в положениях 8 и 9 - во время первоначальной заправки ленты в накопитель.
Ямный накопитель (рис. 8.13.16), наполняется нагонными роликами 1. Тянущие ролики 3, установленные на эстакаде, также осуществляют нагон и вытяжку петель. Установка роликов на эстакаде дает возможность увеличить запас ленты без дополнительного заглубления ямы петлеобразователя. Ролики 2 направляют ленту в формовочно-сварочную
линию. Датчики 4 и 5 управляют тянущими роликами, обеспечивая автоматическое поддержание размеров петли. Для заправки ленты в петлеобразователе установлены шторные рольганги.
Для того, чтобы передний конец ленты при заправке прошел через все тянущие ролики, механизм перемещения поднимает ролики шторного рольганга, образуя роликовый настил. После прохождения ленты через все тянущие ролики, шторный рольганг выводится из-под нее, и тянущие ролики начинают образовывать петли.
Барабанный накопитель (рис. 8.13.17) наиболее современный и состоит из двух барабанов, расположенных концентрично [3]. Наружный приводной барабан 3 с расположенными по периметру неприводными роликами 2 и вводным роликом-петлеобразователем 4 приводится от электродвигателя через редуктор. Во внутреннем неподвижном барабане 5 с неприводными роликами и выводным роликом 6 предусмотрение эксцентрично расположенное роликовое выводное устройство 8.
При заправке накопителя полоса (лента) подается прижимными роликами 7 и роли-ком-петлеобразователем направляется на внутренний барабан и далее по выводному ролику на выводное устройство, по которому за один оборот выводится за габарит барабана в тянущие ролики I.
При вращении наружного барабана по часовой стрелке и подаче полосы роликами 6 и 7 ролик 4 образует петлю, внутренняя ветвь которой укладывается на внутренний барабан, выходя из внутреннего витка наружного приводного барабана. Укладка витков на барабаны 3 и 5 осуществляется с некоторым
Рис. 8.13.15. Тоннельный накопитель
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
683
Рис.8.13.17. Барабанный накопитель
натяжением. Когда скорость поступления полосы от роликов 7 равна скорости вывода полосы тянущими роликами 2, витки полосы не накапливаются на барабанах 3 и 5 (полоса проходит через накопитель транзита©).
В режиме накопления витков барабан 3 вращается по часовой стрелке и за каждый оборот на барабан 5 укладывается по одному витку.
В режиме извлечения запаса полосы роликами 1 барабан 3 вращается в обратном направлении, при этом за каждый оборот сматывается по одному витку с барабанов 3 и 5. Извлечение полосы тянущими роликами 1 можно осуществлять с любой скоростью независимо от того, накапливаются в это время витки полосы на барабанах или подача полосы роликами /прекращена.
Формовочный стан (табл. 8.13.3) непрерывных трубоэлектросварочных агрегатов состоит из ряда последовательно расположенных унифицированных вертикальных и горизонтальных клетей. Число клетей определяется сортаментом изготовляемых труб и калибровкой валков. Валки формовочных станов могут иметь групповой и индивидуальный привод. Оба валка рабочей клети могут быть приводными или приводным является только один нижний валок.
В клетях первой (по ходу прокатки) группы предусмотрены открытые калибры. Затем следует группа клетей с закрытыми калибрами. . Открытый калибр, как правило, образуется двумя валками с горизонтальными осями, а закрытый может быть составлен из двух или четырех валков, причем валки с горизонтальными осями обычно приводные.
684
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
В формовочном стане имеются также клети с вертикальными валками (эджерные клети). Валки эджерных клетей, как правило, неприводные.
Энергосиловые параметры. С достаточной точностью силу гиба Р (рис. 8.13.18) в открытых калибрах определяют графоаналитическим способом из условия, что момент гиба Ра уравновешивается пластическим моментом:
-^пл ~	— j >
где Qj - предел текучести материала ленты, Н/мм2; L - длина очага деформации, мм; 5 -толщина формуемой ленты, мм.
8.13.3. Технические характеристики современных формовочных станов, используемых в различных агрегатах
Параметр	Стан				
	6-32	20-76	51-114	102-220	203-530
Размеры формуемых труб, мм:					
диаметр	6 - 32	20 - 76	51 - 114	102 - 220	203 - 530
толщина стенки	0,8 - 2,0	1 - 4	1 - 5	3 - 8	2 - 10
Скорость формовки (калибровки), м/мин	30 -	120	40 - 120	25 - 65	28 - 80
Сила воздействия металла на валки, кН:					
горизонтальная	20	30	150	170	200
вертикальная	8	15	50		100
Число клетей:					
горизонтальных	6			8	
вертикальных	5 1	1	7		12	1 5
Тип привода		Групповой		Индивидуальный	
Число электродвигателей		1		8	
Общая мощность электродвигателей, кВт	25	55	160	600	725
Общая масса стана, т	10,5	16,7	64	107,5	300
Рис. 8.13.18. Схема формовки в открытом калибре
На валки действует сила 2РФактически сила Рср, действующая на валки, больше, так как зависит еще от величины поджатия валков и отклонения толщины полосы.
Точка А приложения равнодействующей силы Рср находится на пересечении двух окружностей, соответствующих максимальным диаметрам верхнего и нижнего валков, и на расстоянии т от оси, соединяющей центры валков. Точка А является вершиной угла <р, образованного радиусами валков, сходящимися в этой точке. Протяженность очага деформации (с учетом внеконтакпюй зоны) распространяется на длину Z, определяемую углом <р/2.
По экспериментальным данным
р __ L^_ ^ср “ а j а •
Вращающий момент на валке
— Р^рШ.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
685
Для привода верхнего и нижнего валков
различных диаметров
требуется
вращающий момент
М = Af^l + j}
В закрытых калибрах сила, действующая на валки определяется по формулам редуцирования.
Сила редуцирования
Pl = Is IП (1 - Z)CTcp sin ,
ще I = ^Rai\d - длина очага деформации; Rq -
радиус валка по дну калибра; Аг/ - абсолютное
обжатие по диаметру трубы. Обычно принимают величину обжатия в клети 0,5 %;
d - диаметр калибра; z -
коэффициент межклетьевого натяжения; а -
число валков в клети.
аср = 1,15сту.
Для стабилизации процесса формовки коэффициент Z принимают равным 0,2.
Момент на валках при редуцировании в
2-валковой клети:
Л/ = 2цР
2 Ro +
кп
тальные валки. В клетях с закрытым профилем калибра оба горизонтальных валка приводные. Привод клетей стана - индивидуальный, осуществляемый через редуктор для задающей клети и клетей с открытым профилем калибра или через редуктор и шестеренную клеть для клетей с закрытым профилем калибра. В вертикальных клетях валки неприводные.
Клети с открытым профилем калибра (рис. 8.13.19) состоят из станины 7, узлов нижнего 2 и верхнего 3 валков, нажимного механизма 4. Подушки нижнего валка опираются на мерные прокладки, установленные на станину. Подушки верхнего валка прижимаются пружинами через месдозы к винтам нажимного механизма, который состоит из электродвигателя, комбинированного редуктора и винтовой пары. Для обеспечения раздельной регулировки с одной из сторон верхнего валка предусмотрены муфтовые соединения привода нажимного механизма.
Клети с закрытым профилем калибра (рис. 8.13.20) - 4-валковые и состоят из станины 7, узлов нижнего 2 и верхнего 3 приводных горизонтальных валков, нажимных механизмов 4 и неприводных боковых валков 5.
Кромкогибочная клеть (рис. 8.13.21), предназначенная для формирования кромок заготовок, состоит из станины 7, внутренней двухвалковой обоймы 2, узлов наружных валков 3, узлов направляющих валков, нажимных и регулировочных механизмов 4. На выходе и входе кромкогибочной клети устанавливают направляющие ролики, имеющие горизонтальную вертикальную рехулировку, которые настраиваются в зависимости от размера формуемых труб. Внутреннюю обойму клети можно рехулировать в вертикальном направлении.
где ц - коэффициент трения, принимаемый равным 0,12;	+ 0,167л2г / 4 - сред-
ний радиус валка (здесь г - радиус калибра);
®кл
”1-4-4 k НА),
Формовочный стан 203- 530. В этом стане первые пять горизонтальных клетей с открытым профилем калибра, последние три - с закрытым профилем. Между последней клетью с открытым профилем калибра и первой клетью с закрытым профилем калибра установлена неприводная кромкогибочная клеть. На стане возможно ведение процесса формовки как с прямолинейной нижней образующей, так и с криволинейной. В последнем случае применяют роликовые проводки вместо вертикальных клетей.
У всех клетей с открытым профилем калибра, в том числе и у задающей клети, приводными являются только нижние горизон-
Рис. 8.13.19. Клеть с открытым профилем калибра
686
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
1350
0551
Рис. 8.13.21. Кромкогябочная клеть
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
687
Внутренние ролики обоймы имеют свои нажимные механизмы, позволяющие смещать валки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также изменять угол наклона роликов. Клеть снабжена устройствами, смягчающими динамические нагрузки на валки при прохождении стыков.
Трубосварочная машина (рис. 8.13.22), осуществляет сварку отформованной трубной заготовки. Машина состоит из шовонаправляющей клети 1, шовосжимающей клети 2 со сварочными валками и нажимным механизмом, наружных гратоснимателей 3, гладильной клети 4У внутреннего гратоснима-теля 5, индуктора 6, внутреннего индуктора 7.
Шовонаправляющую клеть крепят к станине последней клети формовочного стана. Эта клеть состоит из станины, одной пары вертикальных неприводных валков и нажимного механизма, который служит для горизонтального перемещения валков.
Сварочное устройство состоит из генератора, токоподводящих шин, индуктора с магнитопроводом и системы охлаждения. Преду
сматривается возможность работы от двух независимых источников: лампового генератора (440 кГц) с кольцевым охватывающим индуктором и внутренним магнитопроводом и от машинных генераторов (10 кГц) с внутренним индуктором и наружным магнитопроводом.
Шовосжимающая клеть (рис. 8.13.23) состоит из станины 7, двух плит 2, на каждой из которых укреплены по два неприводных валка 3, механизма поперечного перемещения плит 4 и механизма вертикального перемещения плит 5.
Наружный гратосниматель состоит из роликового насекателя и резцового гратоснима-теля с двумя суппортами, работающими попеременно.
Ввод резцов гратоснимателей в работу и их вывод на ходу стана проводят вручную, а отвод и подвод резцов при остановке стана -автоматически специальным пневмоприводом. Угол схождения кромок трубной заготовки и режим их натяжения регулируют валками направляющей клети и перемещением сварочной клети вдоль оси стана.
Рис. 8.13.22. Трубосварочная машина
Рис. 8.13.23. Шовосжимающая клеть
688
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13.24. Правильная клеть
Сила воздействия на сварочные валки измеряется встроенными гидравлическими месдозами, сила воздействия на валки гладильной клети измеряется и ограничивается пневмогидравлическими месдозами - компенсаторами.
Калибровочный стан состоит из четырех клетей. Калибр каждой клети 4-валковый - два горизонтальных и два вертикальных валка. Горизонтальные валки стана -приводные, вертикальные - без привода. Конструкция клетей калибровочного стана аналогична конструкции клетей формовочного стана с закрытым профилем калибра.
Правильная клеть (рис. 8.13.24), осуществляющая правку трубы, состоит из литой станины 1 открытого типа, в которой размещены две последовательно расположенные 4-валковые обоймы 2 с неприводными валками, установленными в подушках.
8.13.2. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПИРАЛЬНО-ШОВНЫХ ТРУБ
Преимущества и недостатки способа изготовления спирально-шовных труб. Спиральношовными изготовляют трубы широкого сортамента и назначения, начиная от газонефтево-допроводных диаметром 150 - 3050 мм и кончая особо тонкостенными диаметром 80 - 3250 мм, являющимися заготовками для различных емкостей, резервуаров, вентиляционных и водопроводных систем и пр.
В зависимости от назначения и материала труб применяют различные способы сварки спиральных швов - элекгродуговой (под флюсом или в среде инертных газов), плазменный,
токами высокой частоты (ТВЧ) - или используют комбинацию этих способов.
Основные преимущества производства электросварных труб со спиральным швом -возможность изготовлять трубы:
большого диаметра и любой длины из узкой более дешевой рулонной ленты;
с отношением диаметра к толщине стенки в диапазоне: 500 £ D/s > 100;
повышенной прочности вследствие расположения шва по спирали;
с использованием непрерывного процесса сварки*
высокой точности непосредственно на стане;
в цехах небольшой мощности с более простым оборудованием и меньшими капитальными затратами.
Недостатки способа - большая протяженность сварного шва и меньшая скорость сварки из-за неблагоприятных условий формирования шва на криволинейной поверхности трубы.
Изготовление труб осуществляют сворачиванием под углом а ленты шириной В в цилиндр требуемого диаметра D (рис. 8.13.25) в специальном формующем устройстве с одновременной сваркой спирального шва.
Основными зависимостями величин при формовке спирально-шовных труб (обозначения см. на рис. 8.13.25) являются:
В
а = arccos---;
nD
. A = 2?/sina = 7cjD/tga;
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПИРАЛЬНО-ШОВНЫХ ТРУБ
689
Рис. 8.13.25. Схема формовки спирально-шовной трубы
I = tcD / since, где а - угол формовки, образованный пересечением оси трубы диаметром D с осью ленты шириной Byh- шаг спирали; Z - длина спирали.
При формовке спирально-шовная труба получает вращательно-поступательное перемещение. Если скорость подачи полосы v равна скорости сварки, то составляющие v равны:
Vi = v since,
где Vi - скорость вращения трубы, т.е. скорость ее отрезки;
у 2 - vcosa, где Vj - поступательная скорость выхода трубы из стана, характеризующая его производительность.
Станы спирально-шовных труб состоят из трех основных частей: линии подготовки полосы, формовочно-сварочного устройства и выходной стороны.
В линии подготовки полосы осуществляют следующие технологические операции (рис. 8.13.26): размотку 1 рулонов, обрезку 2 их концов, стыковую сварку J, правку 4, обрезку 5 кромок, разделку 6 под сварку и подгибку 8 кромок полосы. В формовочно-сварочном устройстве осуществляется гибка полосы в трубу внутренними и наружными роликами 9 и 10 и сварка ее внутренним 11 и наружным 12 швами.
На выходной стороне стана проводят ультрозвуковой контроль (УЗК) 13 и 14 соответственно качества спирально-шовного шва и основного металла трубы с последующей разрезкой 15 трубы (обычно плазмой) на мерные длины. Операции размотки рулонов, правки и обработки кромок полосы, фор
Рис. 8.13.26. Технологическая схема изготовления спирально-шовных труб на станах полунепрерывного типа
690
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
мовки и перемещения трубы по выходной стороне стана осуществляется усилием, создаваемым валковой подающей машиной 7.
Схемы работы станов. Станы спирально-шовных труб работают по непрерывной или полунепрерывной схеме с остановкой на время стыковой сварки концов рулонов в линии подготовки полосы.
В станах, работающих в непрерывном режиме (что на 20 - 25 % повышает их производительность), за стыкосварочной машиной располагают накопитель полосы (обычно петлевого типа), либо применяют подвижную (летучую) стыкосварочную машину, обеспечивающую безостановочное изготовление труб.
Необходимый запас полосы в петлеоб-разователе или необходимый ход Lc м стыкосварочной машины определяют по формуле:
^п ~ Д;.м = vcb^ct>
где - в м; vCB - максимальная скорость сварки труб на стане, м/мин; - время цикла стыковки концов рулонов , мин.
Скорость vH нагона полосы в петлеобразо-ватель определяют по формуле
LP
где Lp - минимальная длина полосы в рулонах, м.
В станах, работающих по полунепрерывной схеме, необходимый угол формовки регулируется поворотом входной стороны стана при стационарно установленном формовочном устройстве, в непрерывных станах наоборот -машины линии подготовки полосы стационарны, а угол формовки устанавливается одновременно разворотом формовочного устройства и выходной стороны стана.
В современных станах наибольшее распространение получили формовочные устройства четырех типов. Формовка трубы в устройстве полувтулочного типа (рис. 8.13.27, а) осуществляется матрицей при наличии скольжения между ее поверхностью и полосой, что не исключает появление рисок на поверхности трубы. Для каждого размера трубы необходима соответствующая матрица. Такой способ применяют при изготовлении труб диаметром до 500 мм с D / s< 100.
Деформация полосы при изготовлении труб в роликогибочных устройствах с наружной обоймой (рис. 8.13.27, б) и внутренней оправкой (рис. 8.13.27, в) осуществляется 3-валковой гибочной системой, где валки заменены роликовыми кассетами.
Рис. 8.13.27. Схема формовочных устройств станов спирально-шовных труб
Для случая, приведенного на рис. 8.13.27, б, труба формуется диаметром, несколько большим требуемого, а окончательный размер ей придается наружной роликовой обоймой;, для случая, приведенного на рис. 8.13.27, в, - диаметром, несколько меньший требуемого, с последующей его раздачей (калибровкой по внутреннему диаметру) до требуемого размера внутренней роликовой оправкой. В обоих вариантах ролики гибочных и калибровочных систем развернуты на угол формовки, чем полностью исключается скольжение полосы по формующему инструменту. Эти способы получили наибольшее распространение в современных станах при изготовлении труб диаметром 170 - 3000 мм D/s< 150.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
691
Формовочные устройства втулочного типа (рис. 8.13.27, г) применяют при изготовлении особотонкостенных труб диаметром 80 -1400 мм с D/s 'г 200 - 500 преимущественно из высокопрочных материалов или с применением сварки токами высокой частоты.
При нижней подаче полосы в формовочное устройство применяют двухслойную (или трехслойную) сварку, причем первым сваривают внутренний шов в месте схождения кромок полосы и первого сформованного витка трубы, а затем через пол- или полтора витка от внутреннего шва - наружный шов.
Трехслойная сварка (рис. 8.13.28) позволяет повысить скорость сварки труб на стане в 1,3 - 1,5 раза и исключает возможность возникновения в спиральном шве горячих трещин - рабочие швы полностью переваривают технологический, поз. 1, сваренный в углекислом газе.
Непрерывно поступающая на выходную сторону стана труба разрезается на ходу на мерные длины. Отрезка трубы режущим устройством осуществляется при его синхронном с трубой перемещении за один оборот последней.
Расчет силовых параметров формовки. Процесс формовки полосы в цилиндрическую трубную заготовку осуществляется заталкивающей силой, или силой формовки Рф валковой подающей машины.
Расчет силы формовки в устройстве полу-втулочного типа (см. рис.8.13.27, а) осуществляют по формуле
/>ф = —— (1,5 +
ф 3rsino(A 2г)
Рис. 8.13.28. Схема трехслойной сварки спирально-шовных труб:
1 - технологический (прихваточный) шов, выполненный в среде CQj;
2 и 3 - соответственно наружный и внутренний рабочие швы, выполненные под слоем флюса
где Рф - в Н; В и 5 - соответственно ширина и толщина полосы, мм; г ~{D - s) / (2s) -относительный радиус изгиба полосы, мм (здесь D наружный диаметр трубы, мм); а -
угол формовки, ...°; к0 - —- относительный
модуль упрочнения (здесь ГЦ = 2Да^ / 6 -модуль упрочнения, определяемый по диаграмме истинных напряжений при растяжении, кН/мм2; Qj. - предел текучести материала полосы, кН/мм2; 8 - равномерное относительное удлинение); С = (1 + fit / 4) / (1 - fit / 2) - постоянная, учитывающая влияние коэффициента трения f между полосой и рабочей поверхностью инструмента.
Значения	и kQ для углеродистых
сталей приведены в табл. 8.13.4.
Можно принять коэффициент трения /= 0,2 при формовке без смазки горячекатаной полосы в матрице, наплавленной твердым сплавом; соответственно, С= 1,7.
При изготовлении труб из рулонной полосы с ребровой кривизной, превышающей 6 -10 мм на базе замера 10 м трубы, сила формовки может превышать расчетное значение в 1,5-2 раза.
Сила воздействия на роликовые кассеты при формовке полосы в 3-валковом гибочном устройстве (см. рис. 8.13.27, б и 8.13.27, tf) определяют в соответствии со схемой на рис. 8.13.29 по формулам:
р _	
5 Tfeincp ’
Р cp"ttg<p’
где Ръ и Рср - суммарные силы воздействия соответственно на боковые и среднюю роликовые кассеты гибочного устройства, кН;
Bs2 —:----
6sina
изгибающий
8.13.4. Механические характеристики углеродистых сталей
Группа стали	Марка стали	, кН/мм2	5, %	Пь	ко
		Средние	значения	кН/мм2	
I	10, 15, Ст1, Ст2	21	0,21	210	10,0
II	20, 25, СтЗ, Ст4	26	0,18	303	11,6
III	30, 35, Ст5	30	0,15	420	14,0
IV	40,45,Стб	34	0,12	595	17,6
692
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13. 29. Схема действия сил при формовке полосы в трубу в 3-валковой гибочной системе формовочной машины
момент полосы в плоскости ее формовки, кН • мм; R-D/1 - радиус формуемой трубы, мм;
Ф = arcsin— -	,
Л + А>
(здесь /5 - расстояние между роликами боковых кассет).
Агрегаты для изготовления спиральношовных труб сваркой под флюсом. Спиральношовные трубы, изготовляемые сваркой под флюсом, используют для газонефтепроводов диаметром 159 - 1420 мм (трубы ответственного назначения) и трубопроводов общего
применения диаметром до 3000 и толщиной стенки 3-30 мм.
В качестве заготовки используют горячекатаную рулонную сталь шириной до 2000 и толщиной до 25,4 мм и листовую сталь шириной до 4300 и толщиной до 30 мм (длина листов 14 - 25 м).
Рекомендуемое для станов, работающих на рулонной стали, отношение ширины В заготовки к диаметру Р трубы составляет: B/D — 2,0 - 2,2, что соответствует углам формовки 50 - 46°. На практике это условие не всегда выполнимо из-за ограниченной ширины заготовки.
В табл. 8.13.5 приведены характеристики некоторых типичных агрегатов для изготовления спирально-шовных труб (СШТ) диаметром 170 - 2540 мм из рулонной и листовой заготовок.
При изготовлении труб из листов непрерывную полосу получают предварительной сваркой двух листов в карту длиной до 30 м. Для этих целей используют стационарную сварочную машину. Далее карту приваривают к непрерывно движущейся формуемой и свариваемой в трубу полосе на второй передвижной стыкосварочной машине (рис. 8.13.30).
Состав оборудования и конструкция современного стана для изготовления труб диаметром 500 - 2000 и толщиной стенки 6 -19 мм из рулонной полосы приведены на рис. 8.13.31.
8.13.5. Технические характеристики агрегатов для производства спирально-шовных труб (СШТ)
Параметры	Агрегат*						
	СШТ800 |	СШТ1200 |	СШТ1600 |	СШТ2000	СШТ2000-11	СШТЗЗОО |	СШТ4300
Вид исходной заготовки		Рулон				Лист	
Размеры заготовки:							
ширина, мм	300 -	400 -	600 -	800 -	800 -	1400 -	2500 -
	800	1200	1600	2000	2000	3300	4300
длина, м	-	-	-	-	-	16 - 25	14 -
							16
Масса рулона, т	10	24	30	35	40	-	-
Размеры труб:							
диаметр, мм	170 -	200 -	325 -	400 -	400 -	800 -	1420 -
	800	1500	1600	2000	3050	2540	2540
толщина стенки, мм	3 - 10	4 -	12,7	4 - 16	6 - 25,4	6,35 -	14 -
						25,4	25,4
длина, м		6 - 16		8 -	•20	10 - 18	8 - 18
Масса стана, т	110	|	150	230	250	|	450	1500	
* Модели агрегатов классифицированы по максимальной ширине применяемой заготовки.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
693
Рис. 8.13.30. Технологическая схема производства спирально-шовных труб из листов:
1 - приварка технологических планок; 2 - обработка поперечных кромок; 3 - стыковая сварка двух листов;
4 - сварка листов в непрерывную полосу на передвижной стыкосварочной машине;
5 - фрезерование продольных кромок со снятием внутренней фаски под сварку; 6 - подача полосы;
7 - формовка и сварка трубы; 8 - фрезерование наружных фасок под сварку; 9 - УЗК спирального шва;
10 - резка труб на мерные длины
Рис. 8.13.31. Конструкция стана для изготовления спирально-шовных труб из рулонной полосы:
1 - загрузочное устройство рулона; 2 - разматыватель рулонов; 3 - 3-валковая правильная машина;
4 - машина для обрезки, сварки концов рулонов и фрезерования усиления шва; 5 - правильная машина;
6 - дисковые ножницы с кромкокрошителем; 7 - установка для разделки кромок полосы под сварку;
8- направляющие; 9 - подающая машина; 10 - поворотная рама линии подготовки полосы; 11 - гидростанция;
12- главный пульт управления; 13 - установка централизованной подачи флюса; 14 - трубоформовочная машин;
15 - установка для сварки внутреннего шва; 16 - электрогидравлический механизм поворота рамы;
17- установка для сварки наружного шва; 18 - прибор УЗК сварного шва;
19 - поворотная рама выходной стороны с приемным рольгангом; 20 - направляющий трубу люнет;
21 - тележка установки плазменной отрезки труб
При производстве труб диаметром до 1000 мм обычно применяют двухслойную сварку под флюсом со скоростью 0,8 - 1,2 м/мин; диаметром более 1000 мм - трехслойную
(см. рис. 8.13.28) со скоростью до 1,5 - 2,0 м/мин. В зависимости от толщины стенки сварку рабочих швов проводят двумя или тремя дугами.
694
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Тонкое регулирование сварочного зазора осуществляют поворотом выходной стороны стана вместе с трубой с помощью электрогид-равлического механизма (см. поз. 16. на рис. 8.13.31), разрезку непрерывной сваренной трубы на мерные длины - передвижными (летучими) устройствами, плазмой (с применением инертных газов), либо фрезерованием. В случае фрезерования первая фреза прорезает на трубе по окружности канавку трапецеидальной формы на глубину около 70 % толщины стенки, затем второй узкой фрезой остаток стенки трубы перерезается полностью.
Повышение производительности агрегатов (в 3 - 4 раза) и эффективности использования их оборудования возможно с применением новой технологической схемы изготовления спиральношовных труб, осуществляемой:
формовкой и сваркой трубной заготовки на стане технологическим (прихваточным)
швом на высоких скоростях - до 10 м/мин (рис. 8.13.32);
двухсторонней сваркой под флюсом рабочих спиральных швов на нескольких (до шести) параллельно работающих стендах.
По такой технологии изготовляют трубы диаметром 500 - 2000 и толщиной стенки до 19 мм (длина 12 - 18 м). Сварку технологического шва осуществляют специальной горелкой в углекислом газе плавящимся электродом с использованием постоянного тока обратной полярности. Режимы сварки: скорость 5-7 (до 10) м/мин, диаметр электродной проволоки 2,5 - 4 мм, сила тока 800 - 1400 А, напряжение 24 - 28 В.
После сварки технологического шва, резки труб на мерные длины к обоим концам труб в районе спирального шва приваривают выводные технологические планки.
Сварку внутреннего и наружного рабочих швов проводят одновременно на отдельно стоящих сварочных стендах (рис. 8.13.33).
Рис. 8.13.32. Схема скоростной сварки спирально-шовной трубы технологическим швом
А-А (увеличено}
Рис. 8.13.33. Схема стенда совмещенной сварки спиральных рабочих швов:
1 и 6 - флюсоаппараты; 2 - штанга; 3 - транспортирующий конвейер флюса;
4 - внутренний сварочный аппарат; 5 - наружный сварочный аппарат; 7 - балкон; 8 - трубная заготовка;
9 - 11 - соответственно транспортные и поворотные подающие (косо расположенные) ролики
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ
695
В процессе сварки трубы перемещаются по спирали рольгангом с косо расположенными роликами. Сварочные головки при этом находятся в стационарном положении с возможной их корректировкой для слежения за швом, свариваемым со скоростью 0,8 - 2,0 м/мин 2- или 3-дуговыми автоматами.
Отделка и контроль качества труб. В отделении отделки газонефтепроводные спирально-шовные грубы большого диаметра подвергают следующим операциям: сварке наружным рабочим швом стыковых соединений полос на трубе; осмотру и ремонту; обработке концов (торцовке) труб для получения необходимой фаски и притупления; гидроиспытанию внутренним давлением; обмеру (длины, периметра, овальности) и взвешиванию; окончательному осмотру и сдаче готовой продукции.
Торцовку труб выполняют обычно на металлорежущих станках. Труба неподвижна, вращают резцовые устройства. Гидро испытание труб проводят на автоматизированных прессах внутренним давлением, вызывающим тангенциальные напряжения в стенке трубы, равные 0,95 от нормативного предела текучести ее материала.
Многоступенчатая схема контроля качества спирально-шовных труб, гарантирующая надежность трубопроводов при их эксплуатации, включает в себя следующие операции:
ультразвуковой контроль (УЗК) в линии стана качества металла и спирального шва после сварки трубы;
испытание механических свойств материала труб (основного металла и сварных швов) на вырезанных образцах;
проверку качества сварки на макрошлифах сварных соединений;
комбинированный УЗК или рентгенотелевизионный контроль качества сварных швов после гцдроиспытания труб;
рентгеновский (рентгенографический) контроль концевых участков швов и точек пересечения спиральных и поперечных швов;
УЗК отремонтированных участков шва;
УЗК концов труб по периметру на ширину 40 - 60 мм для выявления расслоения металла;
магнитографический контроль или цветная дефектоскопия торцов труб после снятия фасок для обнаружения расслоений;
окончательный осмотр и обмер труб.
Ультразвуковой контроль швов проводят многодатчиковыми системами, позволяющими выявлять как продольные, так и поперечные дефекты, а также наличие металлургических дефектов металла в околошовной зоне.
Рентгеновский контроль осуществляют с применением рентгенографического и рентгенотелевизионного методов.
Спирально-шовные трубы ответственного назначения диаметром 1220 и 1420 мм для строительства северных магистральных газопроводов на давление 7,4; 8,3 и более МПа должны подвергаться обязательному контролю всеми перечисленными ранее неразрушающими методами.
Станы для изготовления спиральношовных труб сваркой в инертных газах. Элек-тродуговой сваркой неплавящимся (вольфрамовым) й плавящимся электродами в инертных защитных газах (аргоне, смеси аргона с гелием и пр.), а также сваркой сжатой дугой (плазменной) в тех же газах в основном изготовляют тонкостенные спиральношовные трубы из коррозионно-стойких сталей, титана, алюминия, алюминиево-магниевых и других цветных металлов и сплавов. Используемый для труб материал - обрезная рулонная лента с обезжиренной поверхностью.
В станах для изготовления особо тонкостенных тр у б (с D/s > 150 - 200 ) из высокопрочных материалов обычно применяют формовочные устройства втулочного типа (см. рис. 8.13.27, г) с верхней подачей полосы в формовочное устройство и односторонней сваркой, причем при толщинах стенки труб более 2 - 2,5 мм во втулке равномерно по периметру первого формуемого витка трубы, как правило, располагают роликовые или шаровые опоры, снижающие трение между лентой и формовочным инструментом. Одностороннюю сварку ведут на медной подкладке с защитой корня шва инертным сварочным газом.
При изготовлении труб из пластичных материалов (например, технического алюминия) с толщиной стенки 5^3 мм применяют универсальные формовочные устройства гибочного типа с наружной роликовой обоймой (см. рис. 8.13.27, б) с нижней подачей полосы и двухсторонней сваркой - сначала внутренней, а затем, наружной. Наибольшее распространение в таких станах получила аргонодуговая сварка неплавящимся электродом током обратной полярности и плазменная сварка в аргоне или смеси аргона с гелием асимметричным разнополярным (переменным) током.
Станы высокочастотной сварки спирально-шовных труб. Область применения. Значительное распространение в промышленности получили станы для изготовления особо тонкостенных стальных спирально-шовных труб (D/s - 200 - 500) сваркой токами высокой частоты с соединением кромок внахлест для диапазонов диаметров 80 - 1400 и толщин стенок 0,7 - 3,0 мм.
Такие трубы широко применяют для быстроразборных трубопроводов в поливном земледелии, в вентиляционных системах, в
696
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
качестве стальных сердечников при производстве водоводных труб с цементно-песчанным покрытием и пр.
Технология процесса высокочастотной сварки. В качестве заготовки используют холоднокатаную или горячекатаную обрезную рулонную ленту шириной до 750 мм из малоуглеродистых сталей типа 08кп или СтЗ.
Способ высокочастотной сварки спирально-шовных труб характеризуется высокой производительностью (скорость сварки до 30 м/мин), экологичностью, не требует специальных сварочных материалов (электродной проволоки, флюса, защитного газа и пр.) и осуществляется следующим образом.
К сходящимся в нахлест при формовке кромкам полосы и первого сформованного витка трубы вольфрамовыми скользящими контактами от лампового генератора подводится ток высокой частоты (440 кГц). Благодаря поверхностному эффекту и эффекту близости достигается высокая концентрация тока в месте схождения кромок, вызывая их поверхностное оплавление. Сварочное соединение получают сдавливанием оплавленных кромок охлаждаемыми шовообжимными роликами (рис. 8.13.34). Нахлесточное соединение сварного шва придает дополнительную радиальную жесткость тонкостенным трубам.
Оборудование. При изготовлении спирально-шовных труб высокочастотной сваркой используют формовочные устройства втулочного типа (рис. см. рис. 8.13.27, г), исключающие потерю устойчивости первого витка трубы и обеспечивающие высокую точность труб по диаметру.
Износостойкость внутренней поверхности формовочной втулки достигается наплавкой спирально расположенных поясков износа твердосплавными электродами типа сармайт с последующей шлифовкой на размер наружного диаметра трубы. Трудоемкость изготовления и восстановления такого инструмента,
Рис. 8.13.34. Схем* высокочастотной сварки спирально-шовных труб
требующего специального оборудования, привело к созданию новых более технологичных конструкций втулок, футерованных изнутри сменными износостойкими вкладышами с цементированной и термически обработанной до твердости 58 - 60 HRC поверхностью.
При углах формовки, превышающих 77 -78° (т.е. при отношении ширины полосы к диаметру трубы B/D < 0,65), во избежание самоторможения полосы в формовочном устройстве, необходимо устанавливать равномерно по периметру втулки развернутые на угол формовки ролики, бочки которых должны на 0,5 - 0,8 мм выступать над поверхностью износостойких вкладышей для уменьшения трения скольжения полосы по поверхности втулки и стабилизации процесса сварки.
Стан высокочастотной сварки особо тонкостенных спирально-шовных труб (рис. 8.13.35) влючает разматыватель рулонов 2, подающие ролики 3, гильотинные ножницы 4; проводко-вую арматуру 5 с устройством для стыковой сварки концов полос, 4-валковую подающую машину 6 с электроприводом постоянного тока, щелевые направляющие проводки 7. Все эти машины и механизмы расположены на сварной раме 7, перемещаемой на катках по криволинейным рельсовым направляющим вокруг вертикальной оси, проходящей (в плане) через пересечение правой кромки полосы с осью формуемой трубы. Перемещение рамы осуществляется гидроцилиндром с дозированной подачей, что позволяет выполнить тонкое регулирование изменения угла формовки, и следовательно, - нахлеста свариваемых кромок.
Формовочное устройство 8 втулочного типа с шовообжимными роликами включает узел сварочной головки 9 и контактную систему.
Выходную сторону стана образуют: направляющий люнет 10, летучий отрезной станок 11 плазменной резки, регулируемое по высоте устройство 12 для приема и уборки отрезанных труб и стеллаж 13 для приема труб. Механизмы выходной стороны стана работают в автоматическом режиме.
Для повышения радиальной жесткости труб с толщиной стенки 0,7 - 2,0 мм на стане предусмотрена возможность получения труб со спиральными гофрами, расположенными внутрь трубы. Для этой цели перед подающей машиной (на месте проводковой арматуры) устанавливают гофрирующие полосу ролики (гофры радиусом 6 мм высотой 3-4 мм).
В табл. 8.13.6 приведены технические характеристики работающих станов конструкции ВНИИМЕТМАШ - ВНИИТВЧ*. Отечественные станы классифицируют по диапазону диаметров изготовляемых труб.
* Всероссийский научно-исследовательский институт токов высокой частоты.
НЕПРЕРЫВНЫЕ АГРЕГАТЫ ПЕЧНОЙ СВАРКИ ТРУБ
697
Рис. 8.13.35. Стан 200-1000 высокочастотной сварки спирально-шовных труб
8.13.6. Технические характеристики станов высокочастотной сварки
Параметр	Стан		
	150-350*	200-1000	400-1400
Размеры рулонной полосы, мм:			
ширина	300 и 500 *	400 и 750	750
толщина	1,0 - 2,0	0,8 - 3,0	1,2 - 3,0
Масса рулона, т	До 5		До 8
Размеры получаемой трубы:			
диаметр, мм	150 - 350	200 - 1000	400 - 1400
длина, м	6	2,5 - 10	5 - 10
Скорость сварки, м/мин	До 20		До 15
Угол формовки, ...°	50-63	1	50-76	55 - 81
Тип высокочастотного генератора	ВЧС5-160/0,44		ВЧСЗ-250/0,44
Установленная мощность, кВт:			
электроприводов	36	15	50
высокочастотного генератора	250		320
автомата плазменной резки АПР-404У4		120	
Масса стана, т	28	|	34,5	47,7
♦ Стан работает по непрерывной схеме.
8.13.3. НЕПРЕРЫВНЫЕ АГРЕГАТЫ ПЕЧНОЙ СВАРКИ ТРУБ
Технологический процесс изготовления труб способом непрерывной печной сварки (рис. 8.13.36) заключается в следующем.
Рулон штрипса поступает в разматыва-тель, где отгибается передний конец и подается в правильную машину, а затем подравнивается на ножницах. В стыкосварочной машине
к заднему концу предыдущего рулона приваривается передний конец последующего.
Бесконечная лента поступает в нагревательную печь, перед которой расположен пет-леобразователь, создающий запас штрипса для обеспечения непрерывного движения его во время стыкосварочной операции. В первой клети формовочно-сварочного стана нагретый штрипс сворачивается в трубу, во второй -кромки трубы сдавливаются и свариваются.
698
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13.36. Схема непрерывной печной сварки труб: 1 и 4 - сопла для обдувки соответственно кромок и очага сварки; 2 - штрипс; 3, 5 и 6 - клети соответственно формовочная, сварочная и обжимные;
7 - сваренная труба
В последующих клетях, а также в редукционном стане осуществляется редуцирование трубы. Бесконечная труба на ходу разрезается летучей пилой. Отрезанные трубы охлаждаются, а затем проходят отделку, в процессе которой осуществляется правка, подрезаются торцы, нарезается резьба и наворачивается муфта. Готовые трубы испытывают под гидростиче-ским давлением или сжатым воздухом на прессах, или пропускают через дефектоскоп. В зависимости от назначения трубы оцинковывают, промасливают, покрывают полимерными материалами.
Нагрев штрипса осуществляется в многозональной газовой проходной печи. Температура нагрева; °C: середина штрипса 1300 кромки - 1450. Тепловой КПД печи 28 %, с применением котла-утилизатора КПД повышается до 65 %.
При высоких скоростях нагрева, имеющих место при печной сварке, и в условиях колебания температуры в интервале, близком к началу горения, целесообразен индукционный высокочастотный подогрев кромок перед сваркой, который позволяет регулировать, а затем быстро стабилизировать температуру штрипса.
Размеры формовочного и сварочного калибров определяются характером пространственной кривой, по которой изгибаются кромки в процессе сближения, шириной штрипса и обжатием в сварочном калибре.
Диаметр формовочного калибра (рис. 8.13.37)
<pi j 100
где <Р1 - угол сворачивания штрипса (обычно 2ф1 = 270°).
Диаметр сварочного калибра
d2 = 2В.
Обжатие в сварочном калибре
т —1--------»
«о
Рис. 8.13.37. Очаг формовки трубы: 1 - формовочные валки; 2 - сварочные валки
ГДе 4, штрипса
диаметр окружности свернутого
2 о d0 = 1,015-------+ t,
it
здесь 2В и t - соответственно ширина и толщина штрипса.
Обжатие в формовочно-сварочном стане обычно 2,5 - 7 %.
Мощность, затрачиваемую на формовку штрипса в трубу, определяют по формуле Ю. М. Матвеева
где Уф - скорость формовки; - предел текучести материала трубы.
Обдувка кромок. Кромки перед сваркой обдувают дважды. Первичная обдувка, осуществляемая из воздушных сопел низкого давления, предназначена для удаления расплавленного шлака и окалины. Температура кромок за счет реакции окисления поднимается на 10 - 20 °C. Вторичную обдувку проводят воздухом или воздушно-кислородной смесью под давлением 0,12 - 0,4 МПа. В результате температура кромок повышается до 1500 -1520 °C.
При печной сварке преобладает ваканси-онный механизм самодиффузии железа, кремния, марганца в месте стыка кромок штрипса. Кромки деформируются при относительном обжатии 5 - 13 %, что положительно влияет на скорость диффузии. Давление на кромках 0,15 - 0,25 МПа определяется условием сварки и устойчивости труб.
Редуцирование труб - операция позволяющаяся получить необходимый конечный диаметр и толщину стенки трубы и являющая главным фактором увеличения производительности агрегатов. Расчет калибровки валков сводится к установлению размеров калибров и скоростных режимов. Скоростные
НЕПРЕРЫВНЫЕ АГРЕГАТЫ ПЕЧНОЙ СВАРКИ ТРУБ
699
режимы редуцирования труб рассчитывают по методике В. П. Анисифорова (см. пт. 8.11.3).
Схемы расположения оборудования агре-
гатов печной сварки даны на рис. 8.13.38
(агрегат 15-50) и 8.13.39 (агрегат 6-25). Технические характеристики агрегатов приведены в табл. 8.13.7.
Рис. 8.13.38. Схема расположения оборудования агрегата 15-50:
1 - транспортирующий конвейер; 2 - кантователь рулонов; 3 - транспортер; 4 - разматыватель; 5 - правильная машина; 6 - ножницы; 7 - стыкосварочная машина; 8 - подающие ролики; 9 - магнитные ролики; 10 - регулятор петли; 11 - машина для проварки заправочной иглы; 12 - нагревательная печь; 13 - формовочно-сварочный стан;
14 - летучие ножницы; 15 - редукционно-растяжной стан; 16 - летучая пила; 17 - барабанный сбрасыватель;
18 - холодильник; 19 - душирующее устройство; 20 - делительное устройство; 21 - трубоправильная машина;
22- дефектоскоп; 23 - трубоподрезной станок; 24 - трубонарезной станок; 25 - муфтонаверточный станок;
26 - муфтоотрезной станок; 27 -муфтообрабатывающий станок; 28 - установка для сбора стружки
14 15 №
11 Ю	8	7 6	5
Рис. 8.13.39. Схема расположения оборудования агрегата 6-25:
1 - разматыватель; 2 - правильная машина; 3 - стыкосварочная машина; 4 - магнитный ролик;
5 - нагревательная печь; 6 - формовочно-сварочный стан; 7 и 20 - летучие ножницы; 8 - редукционнорастяжной стан; 9 - летучая пила; 10-рольганг; 11 - сбрасыватель; 12 - холодильник; 13 - делительное устройство; 14 - трубоправильная машина; 15 - дефектоскоп; 16 - трубоподрезной станок; 17 - трубонарезной станок; 18 - муфтонаверточный станок; 19 - карманы для пакетирования; 21 - дифференциальная стрелка; 22 - подающая машина; 23 - моталка; 24 - сталкивкпиь бунтов; 25 - бунтовязальная машина; 26 - конвейер уборки бунтов; 27 - конвейер для охлаждения бунтов; 28 - бунгоприемник; 29 - правильно-размоточная машина, 30 - летучий трубоотрезной станок; 31 - трубоправильная машина; 32 - промасливающая машина;
33 - вязальная машина
700
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
8.13.7. Технические характеристики непрерывных агрегатов печной сварки труб
Параметр	Агрегат			
	6-25 (1/8-1")	15-50 (1/2-2")	8-80 (1/4-3")	15-100 (1/2-4") [3,4]
Размеры прокатываемых труб, мм: условный проход	6 - 25	15 - 50	8 - 80	15 - 100
наружный диаметр	10 - 34	21 - 60	14 - 89	21 - 114
толщина стенки	1,8 - 3,2	2,3 - 5,0	3,2 - 5,5	2,0 - 8,6
длина	8000		5400 - 7300	4900 - 12 800
Размеры штрипса, мм: ширина	290 - 360	320 - 415	*	170 - 445
толщина	3,1 - 3,8	3,2 - 5,5	*	2,0 - 8,6
Производительность агрегата: труб/ч	6000	4000	3400	3400
т/г.	323 000	370 000	200 000	324 000
(	Рормовочш	1-сварочныъ	f стан	
Размеры трубы на выходе, мм: наружный диаметр	61 - 80	76 - 92	51,2 - 91,9	118
толщина стенки	3,1 - 3,8	3,2 - 5,5	2,9 - 5,9	2,0 - 8,6
Скорость выхода трубы, м/с	1,9 - 2,9	0,8 - 1,8	0,15 - 2,8	1,0
Число клетей		8	*	8
Тип привода	Индивидуальный		*	Индивидуальный
Мощность привода, кВт	42 х 8	55 х 8	*	*
Р<	едукционнс	t-растяжно	й стан	
Максимальное утонение стенки, %	30	34	24	37
Скорость прокатки, м/с	7 - 20	1,3 - 9,0	6 (максимальная)	0,9 - 7,6
Число клетей	26	20	28	20
Тип привода	Индивидуальный		Групповой	Индивидуальный
Мощность привода, кВт	125 х 26	j 100x20	2 х 500 .	30 х 6 + 45 х 14
♦ Нет сведений.
Агрегат 6-25 работает по двум технологическим схемам:
первая - бесконечная труба после выхода из редукционно-растяжного стана разрезается летучей пилой на мерные длины, а затем эти трубы передаются на холодильник;
вторая - трубы после стана сматываются в бунты.
При работе по второй схеме труба после редукционного стана направляется автоматической дифференциальной стрелкой и подающей машиной к одной из трех моталок. Две моталки работают поочередно, а третья является
резервной. После заполнения моталки труба отрезается летучими ножницами. Смотанный бунт выдается из моталки сталкивателем на транспортирующий конвейер. В процессе сматывания бунты интенсивно охлаждаются. На конвейере их обвязывают проволокой с помощью машин, после чего бунт передается на приемный рольганг, с рольганга в корзину подвесного конвейера. На конвейере бунты охлаждаются, а затем подъемным рольгангом снимаются и передаются в бунтоприемник. Далее бунты труб поступают в поточные линии отделки.
НЕПРЕРЫВНЫЕ АГРЕГАТЫ ПЕЧНОЙ СВАРКИ ТРУБ
701
Рис. 8.13.40. Формовочно-сварочный стан:
1 и 2 - соответственно вертикальная и горизонтальная клети; 3 - привод
d Z
3
Рве. 8.13.41. Регулируемая рабочая клеты
7 - корпус; 2 и 3 - рабочие валки соответственно неподвижный и регулируемый; 4 - поворотная ось;
5 - фиксатор
Размеры бунтов, мм: наружный диаметр 2300, внутренний диаметр 1500 и высота 800; длина трубы в бунте до 2000 м.
На рис. 8.13.40 показан формовочносварочный стан, содержащий четыре вертикальных и четыре горизонтальных клети с индивидуальными приводами. Рабочая клеть выполнена в виде шайбы, в которой смонтированы два валка на подшипниках качения. Валки имеют радиальную регулировку ±2,0 мм. Перевалку стана проводят заменой клетей. Конструктивно клеть выполнена так же, как клеть редукционно-растяжных станов (рис. 8.13.41).
Барабанный сбрасыватель, установленный в агрегате 15-50 (рис. 8.13.42), имеет ребристый барабан, состоящий из нескольких скре
пленных между собой секций. Барабан постоянно вращается о помощью двигателя постоянного тока.
После отрезки труба транспортируется по рольгангу с цилиндрическими косо расположенными роликам, которые прижимают ее к линейке, направляя параллельно оси барабана. Сходя с рольганга, труба продолжает двигаться по инерции и, несколько опускаясь, попадает в ячейку барабана, образованную двумя соседними ребрами (кромки ребер барабана расположены немного ниже верхней образующей цилиндрических роликов рольганга).
Труба попадая в ячейку, затормаживается и вращением барабана сбрасывается по наклонному настилу на винты холодильника.
Преимуществом барабанного сбрасывателя непрерывного действия является высокая производительность - до 6000 труб/ч при скорости подачи труб 14 м/с.
Делительное устройство осуществляет распределение поперечного потока труб после холодильника по поточным линиям отделки. Делительное устройство агрегата 15-50 (рис. 8.13.43) состоит из пяти последовательно соединенных цепных транспортирующих конвейеров, скорость которых синхронизирована со скоростью холодильника. Между цепями каждого конвейера размещен рольганг с цилиндрическими роликами.
В агрегатах применяют автоматическую систему регулирования толщины стенки труб в процессе редуцирования [2]. Система содержит микрометр для измерения толщины штрипса, датчики перемещения заготовки в печи и готовой трубы на выходе из редукционно-растяжного стана.
Применение системы позволяет снизить продольную разностенность труб с ±7,5 до ±2 % и вести прокатку труб с отклонением толщины стенки в пределах поля минусовых допусков.
702
Глава 8.13. АГРЕГАТЫ И СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ТРУБ
Рис. 8.13.42. Барабанный сбрасыватель:
1 - рольганг; 2 - труба; 3 - линейка; 4 - ребристый барабан; 5 - винтовой холодильник
Рис. 8.13.43. Делительное устройство:
1 - рольганг с цилиндрическими роликами; 2 - конвейер
8.13.4. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРТНЫХ ПАЯНЫХ ТРУБ
Двухслойные свертные паяные трубы (рис. 8.13.44) производят диаметром 6 - 15 и толщиной стенки 0,6 - 0,9 мм [1]. Такие трубы отличаются высокой усталостной прочностью и хорошей работой в условиях вибрации, в связи с чем их успешно применяют для масло-и топливопроводов в автомобилях и другой аналогичной технике.
Исходным материалом для паяных труб двойной свертки служит полоса из низкоуглеродистой стали в рулонах. Полосу покрывают с обеих сторон слоем меди, которая служит для пайки поверхности полосы после свертки ее в трубу и, кроме того, является антикорро -зионным защитным покрытием для готовых труб.
Рис. 8.13.44. Поперечное сечение двухслойной паянной трубы
Полосу сворачивают двумя слоями в трубную заготовку, а затем паяют по всей поверхности контакта.
Омеднение полосы производится непрерывно электролитическим способом в цианистом и кислых электролитах. Толщина осаждаемого слоя меди составляет не менее 4 мкм на сторону, при этом около 0,2 - 0,3 мкм меди наносится из цианистого электролита, а остальное - из кислого электролита.
Подготовку поверхности ленты и ее омеднение осуществляют в гуммированных железных ваннах, установленных в одну линию (рис. 8.13.45). Размотанная из рулона на разматывателе 7 полоса поступает в ванны: 2 -для обезжиривания, 3 - для промывки холодной водой и 4 - для промывки горячей водой. В ванне 5 осуществляется ее травление, а затем промывка 6 в холодной воде. После омеднения в ваннах 7 и 8 полоса промывается холодной водой в ванне 9. Повторное омеднение проводится в ванне 10, после чего очередная промывка 11 в холодной воде. После сушки 12 горячим воздухом полоса, покрытая слоем меди 4 --6 мкм, подается роликами 13 в устройство 14 для последующей свертки ее в рулон.
Обычно на агрегате одновременно обрабатывают шесть лент, поставленных на ребро.
Формовка трубной заготовки. Для обеспечения непрерывности формовки передний конец очередного рулона приваривают к заднему концу формуемого. Для этого в одной линии
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕРТЙЫХ ПАЯНЫХ ТРУБ
703
Рис. 8.13.45. Агрегат для омеднения
со станом установлены пневматические ножницы для обрезки концов ленты, машина контактной сварки, приводные ролики и накопитель. Скорость движения ленты, подаваемой приводными роликами в накопитель, составляет 40 - 120 м/мин.
Для плавного сопряжения в местах стыка и получения постоянной толщины стенки перед формовкой кромки ленты размерами В и s скашиваются (рис. 8.13.46). Технологией предусматривается толщина скошенной кромки Л = 0,1 мм, и угол скоса \|/ = 8,5°. Скос кромок осуществляют обжатием в неприводных валках клети, установленной непосредственно перед формовочным станом. Обжатие кромок проводят коническими буртами валков, конусность которых соответствует требуемому углу скоса кромок.
Формовку трубной заготовки (рис. 8.13.47) проводят на многоклетье-вом непрерывном формовочном
Рис. 8.13.46. Исходная заготовка со скошенными кромками
стане с консольным или двухопорным креплением валков в клети. Верхний валок можно регулировать по высоте относительно нижнего. Валки клетей стана имеют общий привод.
Кроме валков, в формовке трубной заготовки участвуют формующие проводки, установленные между клетями стана на специальных суппортах.
Скорость формовки труб плавно регулируют в широких пределах. Обычно рабочая скорость .формовки составляет 30 - 45 м/мин. В качестве смазки при формовке применяют веретенное масло.
Разрезка трубы. Выходящая из стана сформованная труба режется летучими ножницами на заданные длины, автоматически укладывается в ячейки задающего устройства печи, которое состоит из подъемного стола и цепного транспортирующего конвейера, перемещающего трубы перпендикулярно оси печи.
Пайку труб проводят в электропечи сопротивления - проходной двухзонной нагревательной камере с трубчатыми муфелями и с примыкающей к ней камерой охлаждения, в которой также уложены водоохлаждаемые трубы. Подача труб в муфели печи осуществляется с помощью магнитных роликов, при этом трубы автоматически покрываются специальной смазкой, содержащей углерод для предотвращения образования на поверхности труб подтеков меди.
Рис. 8.13.47. Схема формовки ленты в двухслойную трубу:
1-11- очередность клетей при формовке двухслойной трубы; назначение клетей: №№ 1 - 4 - симметричный изгиб полосы; №№ 5 - 8 - формовка внутреннего слоя; №№ 9 - 11 - формовка наружного слоя
704 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
В печи трубы нагревают до температуры, которая несколько выше температуры плавления меди (1083 °C). Скорость движения труб в печи регулируется в зависимости от их размера в диапазоне 0,9 - 2,2 м/мин. Проходя через камеру охлаждения, трубы постепенно остывают и выдаются из печи с помощью двух приводных гуммированных роликов. При выдаче поверхность труб очищают от сажи специальными щетками. В качестве защитной атмосферы используют генераторный газ или диссоциированный аммиак.
Заключительные операции. После пайки трубы подвергают правке, обрезке концов, продувке сжатым воздухом. Затем их подают на инспекционные столы и далее на склад готовой продукции.
Дефекты труб. Наиболее распространенным видом брака свертных паяных труб являются непропаи слоев - участки труб с неспая-ными слоями различной протяженности по периметру и длине.
Введение дополнительных операций уплотнения слоев с помощью волочения или прокатки на оправках, а также перепайка обеспечивают получение труб практически без брака. Наиболее эффективный способ уплотнения слоев - волочение на самоустанавливаю-щейся оправке, которое, по сравнению с другими способами уплотнения, обеспечивает лучшее качество поверхности и более высокую точность размеров труб.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Матвеев Ю. М., Иванцов В. Я., Грум-Гржимайло Н. А. Производство электросварных труб большого диаметра. М.: Металлургия, 1968. 191 с.
2.	Ивоботенко В. А., Плахов А. Н., Калачев Г. М., Банник А. С. Измерение и автоматическое регулирование толщины стенки труб в агрегате непрерывной печной сварки труб 1/8-1" Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1978. № 52, М.: ВНИИМЕТМАШ. 159 с.
3.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. М.: Металлургия, 1987. 308 с.
4.	Маскилейсон А. М., Медников Ю. А. Непрерывные агрегаты печной сварки труб. М.: Металлургия, 1972. 222 с.
5.	Производство стальных труб / В. М. Друян, Ю. Г. Крупман, Л. С. Ляховецкий и др. М.: Металлургия, 1989. 220 с.
6.	Розов Н. В. Производство труб. М.: Металлургия, 1974. 598 с.
7.	Рымов В. А., Полухин П. И., Потапов И. Н. Совершенствование производства сварных труб. М.: Металлургия, 1983. 312 с.
8.	Тайц Н. Ю. Технология нагрева стали. М.: Металлургиздат, 1962. 245 с.
9.	Чекмарев А. П., Друян В. М. Теория трубного производства. М.: Металлургия, 1976. 304 с.
Глава 8.14
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
В качестве защитных покрытий для труб используют металлические и неметаллические материалы. Для получения труб с покрытием выполняют две основные операции: подготовку поверхности трубы и нанесение покрытия.
8.14.1. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПОД ПОКРЫТИЕ
Различают три основные способа подготовки поверхности: термический, химический и механический. Применяют также комбинированную обработку, объединяющую несколько способов. Выбор способа зависит от исходного состояния поверхности трубы, ее геометрических параметров, требуемого объема производства труб, а также свойств наносимого материала защитного покрытия.
Термические способы подготовки поверхности основаны на том, что коэффициенты термического расширения стали и имеющихся на ее поверхности прокатной окалины и других оксидных соединений железа различны.
Газопламенная очистка - обрабатываемую поверхность нагревают до температуры 250 -300 °C кислородно-ацетиленовыми горелками типа ГАО-2-72, УР, СУ и ГАЗ-1.
Применяют также индукционный нагрев изделия до тех же температур, что и при газоплазменной очистке. Преимущества индукционного способа - малое время нагрева обрабатываемой поверхности и меньшая загазованность производственного помещения.
Термогазоабразивная очистка - комбинированное воздействие газового пламени и абразива с помощью специальной газопескоструйной головки-горелки. Способ высокопроизводителен, однако, сложность конструкции газовой головки, ускоренное изнашивание абразивного сопла и высокое звуковое давление в процессе очистки не позволяют использовать этот способ в массовом производстве.
Химические способы подготовки поверхности включают следующие операции: обезжиривание, промывку, кислотное травление, промывку. В некоторых случаях к этим операциям добавляют пассивирование, фосфатирование, флюсование и сушку.
Обезжиривание - процесс удаления с поверхности металла жировых загрязнений минерального и животного происхождения. Обезжиривание выполняют органическими или щелочными растворами. Органические
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБ ПОД ПОКРЫТИЕ
705
растворители, в силу их токсичности, а в некоторых случаях, - пожаровзрывоопасности, не находят широкого применения.
В трубном производстве наиболее распространен способ обезжиривания в водных щелочных растворах следующего состава: три-натрийфосфат концентрации 40 - 50 г/л воды с добавкой эмульгатора ОП-7 концентрации 0,5 - 0,9 г/л.
Травление - удаление окалины и ржавчины с помощью водных растворов серной, соляной и фосфорной кислот при температуре 40 - 60 °C. Процесс высокопроизводителен и применим для труб любого диаметра. Основной недостаток - необходимость строительства специальных очистных сооружений для регенерации и нейтрализации использованных травильных растворов и загрязненных химически активных промывных вод с целью получения безвредных отходов травильного производства.
Обезжиривание и химическую обработку труб проводят в специальных стальных ваннах, гуммированных или футерованных внутри химически стойким керамическим материалом. Подогрев растворов до температуры 40 -60 °C осуществляют с помощью змеевиков-теплообменников, смонтированных внутри ванн. Перемещение обрабатываемого пакета труб от ванны к ванне обеспечивается мостовым краном цеха или специальным транспортным грузовым механизмом.
Широкое применение находят герметичные туннельные линии хи-мобработки труб [2] (рис. 8.14.1), которые полностью исключают попадание паров вредных выделений агрессивных растворов в атмосферу цеха. Это значительно улучшает экологические условия.
В таких установках ванны химической обработки расположены последовательно в одну линию в соответствии с технологической схемой обработки. Сверху ванны закрыты кислотостойким кожухом-туннелем. В верхней части туннеля предусмотрена продольная узкая щель для прохода тросса, на котором укреплена подвеска с пакетом труб. Транспортирование пакета внутри туннеля, опускание его в ванну и подъем проводятся тельферными тележками, управляемыми по заданной программе.
Механические способы подготовки поверхности - это обработка ручным и механизированным инструментом (скребками, прово-
Рис. 8.14.1. Схема туннельной линия химической обработки труб:
1 - ванна химической обработки; 2 - пакет труб;
3 - туннельное перекрытие;
4 - механизм транспортирования труб лочными щетками, зубилами, наждачными кругами, шарошками, иглофрезами т.п.), а также струйно-абразивная обработка.
В трубном производстве используют струйно-абразивную обработку стальной или чугунной дробью размером 0,8 - 1,2 мм. Очистку наружной поверхности выполняют дробеструйными или дробеметными аппаратами в специальных герметичных камерах. При обработке внутренней поверхности дробеструйная очистная головка вводится внутрь трубы.
В отечественных очистных установках используют дробеструйные аппараты 334М и 44122 (табл. 8.14.1).
В дробеструйной установке конструкции СКВ* Тазстроймашина" (рис. 8.14.2) обрабатываемая труба 5 устанавливается на ролики-вращатели 6. Приемный бункер закрывает задний торец трубы. Многосопловая очистная головка 5, установленная на полой штанге 2 в защитном колпаке 4, вводится внутрь вращающейся трубы, проводя ее очистку. Полая штанга соединена с дробеструйным аппаратом 1. Отработанная дробь вместе с продуктами очистки пневмотранспортом 8 из бункера 7 подается в бункер-разделитель дроби 13. Пылевидные продукты очистки направляются в циклон /2, проходят водяной фильтр 11, и очищенный воздух вентилятором 10 выбрасывается в атмосферу через трубу 9.
♦ Специальное конструкторское бюро.
8.14.1. Технические характеристики дробеструйных аппаратов
Модель аппарата	Производительность на одно сопло, кг/мин	Вместимость камеры, м3	• Масса дроби, кг	Рабочее давление, МПа
334 М	25	0,140	375	0,6
44122	30	0,035	150	0,6
23 Зак 108
706 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
Рис. 8.14.2. Схема дробеструйной установка
Техническая характеристика установки СКВ "Газстроймаишна "
Размеры обрабатываемых труб, мм:
диаметр............... 159 - 426
толщина стенки........	3,5 - 5,0
длина................. (10 - 12)103
Используемая дробь........ ДСК 1 ГОСТ
11964-81
Производительность по очистке, м2/ч.................. До 100
Модель дробеструйного аппарата ..................... 44122
Рабочее давление воздушной сети, МПа................. 0,5 - 0,8
На рис. 8.14.3 приведена схема типовой проходной установки для наружной дробеметной очистки
труб фирмы Тутман", Германия.
В установке труба продвигается косо расположенными роликами через камеру <4, облицованную внутри защитными шумопог-лащающими листами. Из бункера 2 дробь подается в дробеметные аппараты 5, которые с помощью нагнетающего вентилятора 1 посылают дробь со скоростью 80 - 85 м/с на проходящую с винтовым движением обрабатываемую трубу. Отработанная дробь ссыпается в промежуточный бункер 6, откуда шнеками направляется в вертикальные элеваторы 3 и затем снова в бункер.
Рис. 8.14.3. Схема дробеметной установки
Техническая характеристика проходной установки для наружной дробеметной очистки труб фирмы "Гутман" (Германия)
Размеры обрабатываемых труб, мм:
наружный диаметр..........	150 - 530
длина....................... (10	- 12)103
Скорость подачи дроби, м/с ....	80 - 85
Расход дроби, кг/мин........	2000
Производительность по очистке, м2/ч........................ 750
Число дробеметных аппаратов	2
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
707
Мощность двигателей дробе-метных аппаратов, кВт.......	75
8.14.2. АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
Основными материалами для металлических покрытий труб являются цинк, алюминий и сплавы цинка с алюминием.
Способы цинкования. Все способы горячего цинкования подразделяются на две группы - с применением и без применения флюса [1]. Наиболее распространены способы цинкования с флюсом, а среди них сухой способ с разделением операций флюсования и цинкования и мокрый способ, при котором трубы с предварительно подготовленной поверхностью проходят через карман с расплавом флюса - "флюсовую подушку", расположенную на поверхности ванны. Таким образом, операции флюсования и цинкования объединяются в одну. Проходя через флюсовую подушку, трубы нагреваются до требуемой температуры, затем погружаются в цинк, где происходит реакция между цинком, флюсом и железом.
При сухом способе флюсование проводят в отдельной ванне. Перед погружением в ванну с цинком трубы сушат и нагревают до температуры 150 - 180 °C, что существенно сокращает время цинкования. В этом способе отсутствует флюсовая подушка на поверхности ванны, нет реакции ее составляющих с расплавом цинка, что сокращает его расход.
Цинкование в свинцовой ванне аналогично сухому способу. Подготовленный пакет труб опускают в вертикальную ванну, заполненную расплавленным свинцом, на поверхности которого находится слой расплавленного цинка. Трубы нагреваются в свинцовой ванне, а при подъеме на горячую поверхность труб осаждается тонкий слой цинка.
Отличительная особенность бе с флюсовых способов цинкования заключается в том, что подготовку поверхности проводят в печи с восстановительной атмосферой, где происходит нагрев труб до температуры, близкой к температуре расплава цинка, и восстановление оксидов на поверхности до чистоты металла.
Оборудование агрегатов. Различают агрегаты горизонтального и вертикального исполнений.
Более распространены горизонтальные агрегаты (рис. 8.14.4). В состав агрегата входят следующие линии:
химической обработки труб в пакетах, содержащая механизмы загрузки 1 и выгрузки 4 пакетов труб, группу ванн 2 химической обработки, а также кран-оператор 3 для транспортирования пакетов;
23*
флюсования-цинкования, включающая ванны 6 флюсования и промывки, печь 7 сушки и ванну 8 с расплавом цинка со шнековой машиной 9 цинкования и установкой 10 для обдува труб воздухом;
охлаждения и пассивации труб, включающая цепной холодильник 12 и ванны 13 пассивации и промывки.
Линии объединены транспортирующими рольгангами 5, 11 и 14.
Агрегат может иметь одноручьевую или многоручьевую шнековую машину для транспортирования труб внутри ванны с расплавом металла.
Одноручьевая двухшнековая машина (рис. 8.14.5) состоит из дискового дозатора 6, двух шнеков 9 и механического крюкового захвата 1. Оба шнека установлены под углом 45° к горизонтальной плоскости. Их опорная часть находится в корпусе червячного редуктора, смонтированного на салазках в станине 8, размещенной вдоль ванны 11. Такое конструктивное исполнение опорной части дает возможность изменять расстояние между шнеками и располагать их в любой части ванны.
Поступающая из сушила 10 (рис. 8.14.4) флюсованная и просушенная труба по склизам 7 скатывается в пазы дисковых дозаторов, находящихся вместе со шнеками в неподвижном состоянии.
При полуобороте дозаторов между ними и проводкой 5 труба перекладывается на начальные витки шнеков, а находящаяся там труба переходит на их следующий виток. Вращение шнеков и дисков периодическое - с паузами на остановку, при этом трубы последовательно погружаются в расплавленный цинк. Чтобы трубы не выпадали из витков шнеков над ними установлены две регулируемые направляющие 4. В зависимости от диаметра обрабатываемых труб их положение изменяется с помощью регулировочного винта 3. Когда труба доходит до последнего витка в момент очередной паузы ее передний конец приподнимается и извлекается из расплава механическим крюковым захватом.
Извлеченный из расплава передний конец трубы притягивается к роликам 2 магнитного рольганга, который передает трубы на стеллаж для продувки внутренней и наружной поверхности сжатым воздухом. При этой операции в ванну сдуваются излишки цинка.
К шнековым машинам непрерывного действия конструкции ВНИИМЕТМАШа относятся машины (рис. 8.14.6), работающие в составе агрегатов горячего цинкования труб на Челябинском, Таганрогском и Новосибирском заводах. В этих машинах сложное движение труб в ванне 6 с расплавом цинка осуществляется двумя шнеками 2 и 3 с цилиндрическими и коническими участками и опорным роликом 5.
708 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
Рис. 8.14.4. Схема расположения оборудования горизонтального агрегата
Рис. 8.14.5. Одноручьевая двухшнековая машина
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
709
Рис. 8.14.6. Многоручьевая шнековая машина
Машина действует следующим образом. От печи для сушки флюса трубы с помощью цепного конвейера 1 передаются к укладчикам, которые, имея разный шаг между захватками, позволяют загружать трубы в наклонном положении на начальные витки шнеков. Погружение труб в расплав и перемещение их в нем происходит по виткам шнеков, причем сначала погружается передний конец трубы, а затем задний. При перемещении труб по непрерывно вращающимся шнекам, благодаря определенному взаимному расположению
шнеков происходит плавное изменение наклона труб, в результате чего на конических участках шнеков и опорном ролике трубы устанавливаются под углом выдачи и последовательно подаются под прижимной барабан 4, который вместе с опорным роликом и конической частью переднего шнека составляют механизм выдачи. По выходе из расплава трубы обдуваются из двух щелевых сопел 7. Дальнейший выход труб осуществляется с помощью шнековых магнитных барабанов 8 наклонного рольганга.
Технические характеристики горизонтальных агрегатов цинкования труб (конструкция ВНИИМЕТМАШа)
Размер обрабатываемых труб, мм: наружный диаметр.........................................
толщина стенки.......................................
длина ...............................................
Годовая производительность, тыс. т........................
Толщина покрытия, мкм.....................................
Установленная мощность электроприводов, кВт...............
Габаритные размеры, м: длина ...................................................
ширина.................:.............................
высота...............................................
Масса механического оборудования, т.......................
21 - 114	75 - 165
2,8 - 4,5	4,0 - 4,5
8000	
80	100
40 - 45	
150	620
85	114
30	36
3
6
550	800
Вертикальную компановку агрегатов (рис. 8.14.7) применяют при необходимости цинкования труб сложной конфигурации, например, труб с шаровыми раструбами. Такие трубы используют в системах мелиорации и орошения.
Агрегат состоит из системы транспортных и пакетирующих устройств. Цепным конвейером 1 трубы подаются к сбрасывателю 2, который перекладывает их на конвейер-накопитель 3. Далее с помощью магнитного ролика 4 трубы поступают к кантователю-пакетировщику 5, который формирует пакет из нескольких труб в зависимости от их диаметра и ориентирует его в вертикальное поло
жение перед подачей на карусельную машину 16.
Машина укомплектована двумя кантователями-пакетировщиками 5 и 14, предназначенных для участков соответственно загрузки и выгрузки. За один оборот карусели пакет труб проходит все необходимые технологические операции при опускании пакета в соответствующие ванны: обезжиривания 6, промывки 7 и 9, травления 8, флюсования 10, цинкования 12 и охлаждения 13. Перед ванной цинкования пакет труб попадает в печь 11 для сушки флюса. Все ванны и сушильная печь расположены ниже уровня пола.
710 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
Рис. 8.14.7. Схема расположения оборудования вертикального агрегата
На кантователе-пакетировщике 14 пакет разбирается, трубы укладываются в горизонтальное положение и передаются на конвейер 15.
Агрегат работает по системе сухого цинкования. Пакет состоит из трех - пяти труб в зависимости от их диаметра. Основным оборудованием агрегата является карусельная машина (рис. 8.14.8), которая обеспечивает загрузку
и выгрузку пакета труб в соответствующие ванны лебедками. Опускание пакетов во все ванны, кроме ванны цинкования, происходит под действием собственного веса. В ванну цинкования пакет подается нажимным устройством. Один шаг карусели составляет 1/12 оборота и выполняется через 5 мин. Общее время обработки пакета - 60 мин.
Рис. 8.14.8. Карусельная загрузочная машина:
1 - колонна; 2 - фундаментная плита;
3 - электропривод; 4 - ванна химической обработки;
5 и 6 - зубчатые колеса; 7 - полый вал; 8 - подвеска; 9 - блок; 10 - стойка; 11 и 12 - токосъемники;
13, 16 и 19- платформы; 14 - нажимное устройство;
15 - лебедка; 17 - система управления;
18 - ванна-печь цинкования; 19 - рабочая площадка
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
711
Техническая характеристика вертикального агрегата для цинкования труб
сложной конфигурации
Размеры обрабатываемых труб, мм:
диаметр наружный.......... 180 - 350
толщина стенки............ 1,5 - 2,0
длина..................... (4 - 5)103
Годовая производительность, шт.
труб......................... 20 000
Масса обрабатываемого пакета, кг........................... 300
Число труб в пакете при их диаметре, мм:
180 - 200 ................ 5
250 - 300 ................ 4
350 ...................... 3
Масса механооборудования, т ....	750
Габаритные размеры, м: длина...................... 25
ширина..................... 21
Высота, м: над уровнем пола............ 9
общая..................... 16
Бесфлюсовый способ горячего цинкования пока применяют для труб малого диаметра (4,5 - 12,0 мм) "бесконечной" длины. Труба нагревается в проход-
ной печи с восстановительной атмосферой, затем охлаждается до температуры цинкования в защитной атмосфере и сразу поступает в проходную ванну цинкования. Скорость движения трубы 100 - 250 м/мин. Цинк удерживается от вытекания через входное и выходное отверстия в печи газовыми затворами. По такой технологии цинкуются трубки для бытовых холодильников и для систем подачи топлива в автомобилях.
Проводят работы по цинкованию труб большего диаметра дискретной длины в проходных ваннах. Цинк удерживается от вытекания через отверстия электромагнитными затворами. Такие затворы создают магнитное поле, препятствующее вытеканию цинка.
Электролитическое цинкование труб используют для защиты от коррозии тонкостенных труб и соединительных муфт с резьбами, свертнопаяных и электросварных труб для систем масло- и бензопроводов двигателей автомобилей, тракторов и систем охлаждения в бытовых холодильниках.
Преимущество этого метода - в возможности тонкого регулирования толщины цинкового слоя и скорости процесса электроосаждения, в результате чего обеспечивается наиболее экономное расходование цинка.
ПрИ цинковании наружной поверхности труб малых диаметров (6 - 16 мм) наибольшее применение находят многониточные установки с продольным движением трубы при непрерывной ее подаче.
Линии электролитического цинкования представляют собой ряд последовательно установленных ванн, через которые со скоростью 8-20 м/мин в несколько ниток непрерывно движутся трубы. Общая длина линии 60 - 75 м. Технологический процесс цинкования состоит из следующих операций: электролитическое травление, промывка; электролитическое обезжиривание, промывка; электролитическое декапирование, промывка; электролитическое цинкование, промывка; пассивирование, промывка; нейтрализация и сушка.
8.143.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
Основными полимерами, применяемыми для изоляции труб в заводских условиях, являются термопластичные полимеры (полиэтилен низкой и высокой плотности), а также термореактивные эпоксидные порошковые композиции [3].
Технологический процесс защиты труб полимерным материалом включает в себя следующие операции:
подготовку поверхности под покрытие (обезжиривание, очистка от окалины и ржавчины);
нагрев труб до температуры 200 - 280 °C; нанесение покрытия;
отверждение или охлаждение материала покрытия;
контроль сплошности и толщины покрытия;
ремонт дефектных мест (по необходимости).
Полиэтиленовые покрытия получают как из порошкового, так и гранулированного полиэтилена. Рекомендуемые толщины таких покрытий, мм: Диаметр трубы, мм Толщина слоя полиэтилена, мм
100 - 250	1,8 -	2,5
250 - 500	2,5 -	3,0
500 - 750	3,0 -	4,0
Св. 750	4,0 -	4,5
Для увеличения адгезионной прочности полиэтилена с металлом трубы покрытие наносят на промежуточный подклеивающий слой полиолефиновых сополимеров, или из смеси битума с каучуком и синтетическими смолами.
На рис. 8.14.9 приведены схемы нанесения порошковых термопластичных материалов на наружную поверхность предварительно нагретой трубы.
712 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
о)
Рис. 8.14.9. Схема нанесения порошковых термопластичных материалов: а - нижнее расположение ванны; б - верхнее расположение ванны;
1 - труба; 2 - ванна
При нижнем расположении ванны изолируемая труба устанавливается над емкостью, наполненной полиэтиленовым порошком, который взмучивается с помощью вращающихся роторов. К роторам подводится электропитание для зарядки частиц порошка. Под действием электрополя заряженные частицы перемещаются к заземленной трубе, осаждаются на ее поверхности и, расплавляясь, образуют сплошной слой покрытия.
При верхнем расположении ванны полиэтиленовый порошок с помощью дозирующего устройства, установленного над вращающейся трубой, насыпается на трубу по всей ее длине, расплавляется, прочно сцепляясь с ее поверхностью.
Основной недостаток указанных способов нанесения порошкового полимерного покрытия, сдерживающий его широкое промышленное применение - повышенная пожаров-зрывоопасность этих процессов из-за наличия больших объемов "псевдоожиженного" мелкодисперсного порошкового материала.
Наибольшее распространение для защиты наружной поверхности труб термопластичными материалами получили агрегаты с использованием экструзионного нанесения материала покрытия следующими двумя способами (рис. 8.14.10):
Рис. 8.14.10. Схемы нанесения полиэтилена экструзией: а - экструзионно-намоточный способ: 1 - полиэтилен; 2 - экструдер; 3 - труба; б - шланговый способ: 1 - труба;
2 и 3 - экструдеры соответственно клеющего материала и полиэтилена; 4 - кольцевая головка; 5 - шланговое покрытие
экструзионно-намоточным, при котором на нагретую вращающуюся трубу наматывается в один или в несколько слоев тонкая полоска расплавленного из гранул полиэтилена, выходящая из плоской щели шнекового экструдера;
шланговым (чулочным) способом, при котором на движущуюся в осевом направлении не вращающуюся трубу непрерывно "одевается” сплошной "чулок" материала покрытия, выходящего из кольцевого щелевого отверстия рабочей головки экструдера.
Основное преимущество экструзионного нанесения покрытия - взрывобезопасность процесса.
На рис. 8.14.11 приведена схема участка двухсторонней защиты тонкостенных спирально-шовных труб диаметром 159 - 426 мм (г. Альметьевск, Татарстан). На участке размещены два агрегата (I и II) наружного полиэтиленового покрытия, работающих по способу шланговой кольцевой экструзии, и четыре агрегата (I - IV) внутренней защиты труб фосфат-но-полимерным материалом "Фанкор".
Техническая характеристика агрегата
Размеры обрабатываемых труб, мм:
диаметр...................
толщина стенки............
длина ....................
159 - 426
3,0 - 4,5 (10 - 12) Ю3
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОКРЫТИЙ
713
Рис. 8.14.11. Схема участка двухсторонней защиты труб диаметром 159 - 426 мм:
1 - установка внутренней очистки; 2 - шаговый конвейер; 3, 5, 6, 9 и 20 - накопители; 4 - рольганг;
7 - винтовой рольганг; 8 - дробеметный аппарат; 10 - гусеничный толкатель; 11 - индуктор;
12 - 14- экструдер; 15 - кольцевая головка; 16 и 19 - ванны охлаждения; 17 - толщиномер;
18 - дефектоскоп; 21 - сушильная камера; 22 - установка нанесения внутреннего покрытия
Покрытие наружное: материал..................... Полиэтилен
толщина, мм.................. 1,5 - 3,5
Скорость осевого движения трубы, м/мин.................... 18,8 - 4,3
Очистка трубы: оборудование................. Дробемет
фирмы "Гутман" производительность дробемета, кг/мин....................... До 2000
Нагрев трубы: способ....................... Индукцион-
ный частота тока, Гц.............. 2000
мощность, кВт................ 800
Экструдер для подклеющего слоя: производительность, кг/ч.....	200
мощность, кВт................ 88
Экструдер для полиэтилена: число экструдеров............ 2
производительность, кг/ч.....	600
мощность, кВт................ 230
Внутреннее покрытие: материал...................... Фанкор-2
суммарная толщина, мм.....	0,12 - 0,14
температура сушки, °C.....	60 - 70
Скорость перемещения распылителя, м/мин............... 20 - 30
Годовая производительность при среднем диаметре труб 350 мм и годовом фонде времени 6000 ч, км 2800
Покрытие внутренней поверхности трубы получают из вододисперсионного фосфатнополимерно го состава "Фанкор-2", разработанного в ЦНИИСК*, который обеспечивает высокую адгезионную прочность и абразивную стойкость покрытия, необходимые для транспортирования воды в трубопроводах систем мелиорации и орошения.
Покрытие наносят способом пневмораспыления в четыре слоя с промежуточной сушкой каждого слоя в специальной сушильной камере при транспортировании труб вертикальным цепным конвейером.
* Центральный научно-исследовательский институт стальных конструкций.
714 Глава 8.14. МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТРУБЫ
8.14.4. АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Нанесение покрытий. Наиболее распространенными термореактивными материалами для антикоррозионной защиты труб являются порошковые эпоксидные краски. Нанесение эпоксидного порошка на трубу можно провести способами, приведенными на рис. 8.14.10, а также пневмораспылением порошка на движущуюся в осевом направлении вращающуюся трубу с наложением или без наложения электрополя для зарядки частиц порошка. Подготовка поверхности трубы под порошковое эпоксидное покрытие одинакова с подготовкой поверхности под термопластичные материалы.
Эпоксидный порошок наносят на трубу в проходных герметичных камерах, снабженных системой приточно-вытяжной вентиляции для отсоса неосевшего на трубу порошка. В промышленных агрегатах коэффициент осаждения равен 0,8 - 0,9. Толщина покрытия 300 -450 мкм.
Полимеризация порошка. После нанесения материала покрытия должна быть выполнена дополнительная операция для отверждения (полимеризации) порошка, выполняемая при температуре 190 - 220 °C. Существует две разновидности порошков: с малым временем отверждения (0,25 - 0,5 мин) и временем отверждения 15 - 20 мин. Указанные свойства порошков во многом определяют конструкцию агрегата, так как длительное время отверждения покрытия требует установки дополнительных нагревательных печей, а также специальных механизмов для транспортировки по технологической линии агрегата трубы с еще не отверждевшим покрытием.
. Схемы агрегатов. На рис. 8.14.12 приведена схема агрегата фирмы "Интер
текс" (США) для антикоррозионной защиты порошковыми материалами (с малым временем отверждения) наружной поверхности труб диаметром 530 - 1620 мм и длиной 10 - 12 м. В агрегате предусмотрена также возможность защиты внутренней поверхности трубы жидкими эпоксидными составами.
Трубы с накопителя 1 поступают на рольганг 2 с косо расположенными роликами и, получая винтовое движение, проходят через сушильную печь 3 и дробеметные установки 4, где очищается от окалины наружная поверхность труб. Дальнейшее движение идет с помощью поперечного конвейера 5.
Качество очистки контролируется на посту 6. При неудовлетворительной очистке трубы по рольгангу 7 вновь направляются на повторную очистку. Годные под покрытие трубы для очистки внутренней поверхности поступают к установке 8, которая выполнена в виде подвижной тележки со штангой. На конце штанги может быть установлен дробемет. Затем трубы в поперечном направлении поступают к продувочному устройству 9 и, полностью очищенные, - на рольганг 10 с косо расположенными роликами.
Здесь трубам придается винтовое движение, и они в стыковочном узле 11 с помощью специальных муфт состыковываются в одну нить, которая проходит через индукционную печь нагрева 12 и камеры 13 и 14 нанесения наружного покрытия. В камере 13 при необходимости может наноситься тонкий слой клеевого материала. Порошок наносится из распылителей, расположенных по кольцу вокруг движущейся трубы. Попадая на нагретую трубу, порошок расплавляется, равномерно растекается по поверхности и прочно сцепляется с ней. Отверждение происходит благодаря теплу трубы в течение 20 - 30 с.
Рис. 8.14.12. Схема агрегата фирмы "Интертекс”
АГРЕГАТЫ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОРОШКОВЫХ ТЕРМОРЕАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ
715
В зоне охлаждения 75 трубы охлаждаются водой, после чего расстыковываются в устройстве 16 и подаются на поперечный конвейер 17. Стыковочные муфты обеспечивают защиту концов труб от покрытия на расстоянии 25 -30 мм от торцов.
При поперечном движении трубы поступают на контрольный пост 18, ще проверяется толщина и сплошность наружного покрытия. Внутренее покрытие наносится на установке 19 перед выходом труб на склад.
На рис. 8.14.13 дана схема агрегата для защиты труб диаметром 1020 - 1220 мм и длиной 10 - 12 м порошковыми эпоксидными материалами с временем отверждения 15-20 мин. Агрегат разработан институтом Типромез" (г. Москва) и эксплуатируется на Волжском трубном заводе.
На агрегате трубы с накопителя 1 подаются перекладчиком 2 на приемный рольганг 3, который укладывает их на расположенные под углом сферические ролики 4, по которым трубы, вращаясь, движутся через печь обжига 5, где их поверхность нагревается до температуры около 400 °C. Это позволяет сжечь имеющиеся на поверхности трубы жировые загрязнения.
Сразу за печью обжига расположено охлаждающее устройство 6, ще с помощью водовоздушной смеси трубу охлаждают до температуры 80 °C. Продолжая вращательно-поступательное движение по сферическим роликам, труба проходит через две очистные щеточные машины 7 и 8. Для лучшей очистки около-шовной зоны при прохождении машины 8 направление вращательного движения труб меняется на противоположное. Окончательная очистка осуществляется дробеструйным методом при прохождении трубы через установку 9, имеющую двенадцать сопел.
Полностью очищенные от окалины трубы после дробеструйной установки проходят через камеру 10 обеспыливания поверхности. Здесь наружная поверхность обдувается сжатым воздухом и одновременно проводится отсос пыли.
Продвигаясь дальше по линии на косо расположенных сферических роликах, очищенные трубы нагреваются в индукционной установке 11 до температуры (230 ± 10) °C и направляются в камеру 12 нанесения покрытия. Порошок на трубу подается сжатым воздухом. Не осевший на трубу порошок отсасывается системой рекуперации.
После нанесения покрытия труба подается в камеру полимеризации 14, где поддерживается постоянная температура 190 - 220 °C. Перемещение трубы через камеру нанесения покрытий осуществляется двухтележечным устройством 13, конструкция которого позволяет предохранить неотвердевшее покрытие от повреждения. Через камеру полимеризации трубы передаются шаговым конвейером 15.
По окончании полимеризации, которая длится 15 - 20 мин, трубы поступают в зону 16 охлаждения, где обдуваются вентиляторным воздухом. Охлажденные трубы доставляются к рольгангу 17 с обрезиненными роликами и, пройдя через кольцевой дефектоскоп 18, попадают на накопитель 19.
Аэровакуумное напыление применяют для защиты порошковыми полимерными материалами внутренней поверхности труб малого диаметра (15 - 120 мм), длинномерных труб и труб, имеющих криволинейную форму, внутрь которых невозможно ввести какой-либо распылитель материала покрытия. Принципиальная схема установки для защиты внутренней поверхности трубы этим способом приведена на рис. 8.14.14.
т
8.14.13. Схема агрегата Волжского трубного завода
716
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Рис. 8.14.14. Схема установки аэровакуумного напыления:
1 - питатель; 2 - труба; 3 и 5 - задвижки; 4 и 6 - вакуумные резервуары
При аэровакуумном напылении внутри покрываемой трубы 2 создается воздушное разрежение (0,01 - 0,015 МПа) в результате соединения с вакуумным резервуаром 4 через задвижку 3, и труба в этот момент соединяется с емкостью-питателем 7, наполненным порошковым материалом покрытия, находящимся под нормальным атмосферным давлением. В результате перепада давлений в трубе и в емкости-питателе, порошок засасывается внутрь предварительно нагретой трубы, оседает на ее стенках и расплавляется, образуя сплошной слой покрытия. Толщину полимерного покрытия (200 - 400 мкм) регулируют дозировкой количества порошка в питателе. Откачка воздуха из резервуара 4 для покрытия следующей трубы производится с помощью вакуумной емкости 6 кранами 3 и 5.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Аладьин П. В. Оборудование для нанесения металлических покрытий на трубы // Металлургическое оборудование: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1984. 32 с.
2.	Альтшулер Д. Ф., Карпухина Г. М., Стрижевский И. В. Современные способы подготовки поверхности стальных изделий перед нанесением защитных покрытий. М.: ЦИН ТИХИМИ ЕФТЕМАШ, 1978. 76 с.
3.	Вердеревский В. А., Земсков А. А., Этингоф Б. А. Агрегаты антикоррозионной защиты труб И Металлургическое оборудование: Обзорная информация. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1980. 47 с.
Глава 8.15
ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Профилегибочный агрегат является комплексом машин и механизмов, расположенных в единой технологической линии и обеспечивающих производство гнутых профилей разнообразных типов холодным профилированием плоской заготовки в многовалковом формовочном стане. В линии агрегата, в ряде случаев, устанавливают оборудование для перфо-
рации или просечки заготовки, продольной сварки профилей или их завивки с целью изготовления профилей различных видов.
Заготовкой служат рулонные лента и полоса и лист с обрезанными кромками. Материал - углеродистые, легированные и коррозионно-стойкие стали, цветные металлы и их сплавы, в том числе, с антикоррозийными и декоративными покрытиями. При массовом производстве гнутых профилей в основном
используют горячекатаную травленую, нетравленую и холоднокатаную стали с ств до 650 МПа и относительным удлинением не менее 17 %.
Сортамент содержит тысячи типоразмеров гнутых профилей (рис. 8.15.1) и подразделяется на три основные группы:
1)	сортовые профили - уголки, швеллеры, корытные, Z- и С-образные, замкнутые квадратные и прямоугольные, в том числе, сварные й перфорированные;
2)	специальные профили - с особой формой сечения единичного производства;
3)	листовые профили - профилированные листы с различной формой и числом продольных гофров или отбортовок.
Рис. 8.15.1. Типы производимых на профилегибочных агрегатах гнутых профилей
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
717
Структура сортамента развивается в направлении увеличения доли специальных и листовых профилей, сварных и перфириро-ванных.
Схема и состав оборудования агрегатов определяется их назначением (сортаментом), характером процесса профилирования (поштучный, непрерывный порулонный или бесконечный), типом производства (массовый, единичный).
В зависимости от размеров заготовок агрегаты условно подразделяют на три основные типа: легкий, средний и тяжелый.
Типы агрегатов при проектировании цехов массового производства гнутых профилей можно выбрать по табл. 8.15.1.
Размеры поперечных сечений заготовок (диапазоны толщины и ширины или их наибольшие значения) используют и для обозначения профилегибочных агрегатов. Например:
ПГА (2 - 8) х (100 - 600);
Агрегат 600/8.
В некоторых случаях обозначение зарубежных агрегатов состоит из диаметра вала валка и наибольшей ширины заготовки, например:
Агрегат 50/400.
8.15.1.	АГРЕГАТЫ ДДЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ И ПРОФИЛИРОВАННЫХ ЛИСТОВ
Сортовые агрегаты для массового производства гнутых профилей устанавливают, как правило, на металлургических заводах. Применяют агрегаты среднего и тяжелого типов, универсальные (для изготовления сортовых и специальных профилей различных типов и видов) или специализированные (для производства групп сортовых и специальных профилей, близких по форме или одного вида -сварных, перфорированных и др.).
Оборудование агрегатов делят на три основных участка:
1)	подготовки заготовки к профилированию - подача рулонов в линию агрегата, их размотка, правка, разрезка на мерные длины (при поштучном профилировании) или обрезка концов рулонов и их сварка со снятием грата с последующим накоплением полосы (при бесконечном процессе профилирования), промасливание;
2)	профилирования заготовки - гибка заготовки на многоклетьевом формовочном стане до требуемой конфигурации профиля;
3)	отделки готовой продукции - разрезка на мерные длины (при непрерывном профилировании), в некоторых случаях - сдув эмульсии или промасливание, транспортирование и укладка в пакеты, их обвязка или упаковка.
Агрегаты поштучного профилирования используют для производства профилей из мерных заготовок, полученных разрезкой рулонной полосы вне агрегата или в его линии перед формовочным станом.
Скорости профилирования при наличии в линии агрегата летучих ножниц до 3 м/с.
На агрегатах непрерывного профилирования производят профили из рулонной заготовки с разрезкой на мерные длины сформованного профиля. При сварке концов рулонной заготовки процесс становится бесконечным. На агрегатах этого типа возможно изготовление профилей всех типов при меньшем числе пропусков.
Скорости профилирования на агрегатах непрерывного профилирования ограничены возможностями применяемых летучих режущих машин - дисковых пил, просечных прессов и ножниц. Они должны обеспечивать разрезку движущегося профиля на различные мерные длины без искажения формы торцов и с высокой точностью по длине, так как во многих случаях профиль является готовой деталью машины или конструкции. Разрезку полузакрытых и закрытых профилей осуществляют летучими дисковыми зубчатыми пилами.
,8.15.1. Типы агрегатов в зависимости от размеров обрабатываемых заготовок
Размеры заготовки, мм
Толщина	Ширина	агрегата
0,5 - 2	10 - 150	Легкий
1 - 4	50 - 300	Средний
2 - 8	200 - 600	Тяжелый I
0,5 - 4	300 - 1500	Тяжелый II
8 - 12	400 - 1200	Тяжелый III
718
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
На агрегатах комбинированного профилирования проводят как непрерывный, так и поштучный процессы формовки. Последний используют для производства профилей, разрезка которых не может быть обеспечена летучей режущей машиной агрегата либо для повышения производительности агрегата при изготовлении профилей простой конфигурации.
Технические характеристики зарубежных и отечественных сортовых агрегатов приведены в табл. 8.15.2 и 8.15.3.
Оборудование агрегатов. Наиболее широкий состав оборудования предусмотрен в унифицированном агрегате комбинированного профилирования (2 - 8) х х (100 - 600), обеспечивающем производство профилей различных типов и видов на максимально возможных скоростях профилирования (рис. 8.15.2).
Сортамент содержит сортовые и специальные профили открытого и закрытого типов, в том числе, - сварные, для изготовления которых в линии агрегата имеется участок продольной ВЧ-сварки и летучая пила.
Двухпозиционный разматыватель 1 барабанного типа состоит из консольного барабана с механизмом его разжима и приводом вращения, отгибателя конца рулона, прижимного ролика и трехвалковой машины для правки рулонной кривизны полосы и ее транспортировки к правильной машине. Натяжение полосы до 5 кН; скорости, м/с: разматывания
1-5, заправочная 0,5. Наибольшие диаметры барабана (в разжатом состоянии): 640, 790, 830 и 880 мм.
Мощность двигателя вращения барабана 42 кВт, торможение электромеханическое. Привод разжима барабана гидравлический. Скорость подъема скребка отгибателя 0,15 м/с, привод гидравлический. Скорость подачи полосы трехроликовой машиной 1 м/с, диаметр приводного ролика 200 мм, мощность электродвигателя привода 30 кВт, сила зажатия полосы роликом 145 кН.
Правильная машина (11 х 150 х 680) 2 -11-роликовая, скорость правки 1-5 м/с, диаметр роликов 150, длина 680 и шаг 160 мм. Привод от электродвигателя постоянного тока мощностью 140 кВт.
Из машины полоса поступает в стационарные ножницы 3 кривошипного типа с нижним резом и электромеханическим приводом. Сила резания ножниц 600 кН. Мощность электродвигателя 38 кВт. Отрезанные концы полос по склизу падают в короб на самоходной тележке с электромеханическим приводом.
Полоса с обрезанными концами подается к стыкосварочной машине 4.
Машина осуществляет автоматическую поперечную стыковую контактную сварку концов рулонов оплавлением с последующим снятием трата. Силы, кН: зажатия концов полос 800 и осадки 360. Питание подается от двух сварочных трансформаторов мощностью 650 кВт, со сварочным напряжением 6,9 -14,3 В. Сила резания тратоснимателя 100 кН.
8.15.2.	Технические характеристики сортовых профилегибочных агрегатов тяжелого типа конструкции зарубежных фирм
	Агрегат			
	500/6	610/8	1100/10	1650/13
Параметр	Фирма			
	"Драйштерн" (Германия)	"Проуфил эцд Тьюб" (США)	"ФестАльпине" (Австрия)	"Крупп” (Германия)
Тип агрегата	Универсальный		Специализированный	
Процесс профилирования	Непрерывный порулонный			Поштучный
Заготовка:				
толщина, мм	1 - 6	0,8 - 8	До ю	До 13
ширина, мм	До 500	До 610	" 1100	" 1650
временное сопротивление, МПа	" 600	" 500	" 500	-
масса рулона, т	-	6	" 20	-
Скорость профилирования, м/с	До 0,7	" 1,0	" 0,8	0,5 - 1,6
Типы профилей	Сортовые, специальные		Шпунтовые	
Годовая производительность, т	55 000	|		150 000	1	
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
719
8.15.3.	Технические характеристики универсальных сортовых профилегибочных агрегатов среднего и тяжелого типов конструкции ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ
Параметр	Агрегат			
	(1-4) х (50-300)	(2 - 7) х (80-500)	(2 - 8) х (100 - 600)	(2 - 8) х (100 - 600)
Процесс профилирования Заготовка:	Непрерывный (бесконечный)	Пошт	учный	Непрерывный (бесконечный) и поштучный
толщина, мм	1 - 4	2 - 7	2 	- 8
ширина, мм	50 - 300	80 - 500	100 	- 600
временное сопротивление, МПа	650	600	650	
масса рулона, максимальная, т	3,5	5	7,5	
Скорость профилирования, м/с	0,5 - 2,5	0,7 - 2,5	0,2-3	0,2 - 2,5
Типы профилей Размеры профиля:	Открытые сортовые и специальные	Сортовые, с	пециальные	Сортовые, специальные, сварные
высота, мм длина, м Сила, действующая на валки, максимальная, кН	120 3 - 12 150	160	180 3 - 12 300	
Мощность главного привода, кВт Годовая производительность, т	2 х 140 50 000 - 100 000	2 х 480	2 х 250 000	640
Масса оборудования, т	625	540	930	I	1360
Длина агрегата, м	156	143	168	
Рис. 8.15.2. Схема сортового универсального профилегибочного агрегата комбинированного профилирования (2 - 8) х (100 - 600) для массового производства гнутых профилей
720
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Сваренная полоса подающими роликами 5 подается в накопитель полосы туннельного типа* 6, где создается запас петли, необходимый для непрерывной работы агрегата в период обрезки и сварки концов рулонов. Тянущая сила роликов 40 кН, диаметр барабана тележки 2500 мм, рабочий ход 118 м, скорость движения до 2,5 м/с, запас петли до 236 м.
Тянущими роликами 7 полоса подается в правильную машину, за которой установлены следящие ролики для синхронизации летучих ножниц со скоростью полосы и задающие ролики для подачи полосы в ножницы.
Летучие листовые ножницы 8 предназначены для резки полосы на отрезки длиной 3 -12 м при понпучном профилировании на скоростях до 3 м/с. Ножницы кривошипного типа с силой резания 550 кН. Угол наклона верхнего ножа 3°. Привод от электродвигателя мощностью 250 кВт. За ножницами установлена промасливающая машина 9.
Формовочный стан 10 состоит из четырнадцати формующих клетей (десять двухвалковых клетей и две универсальные 4-валковые клети с двумя неприводными вертикальными валками). Станины клетей открытого типа, верхние валки регулируются по высоте, привод нажимного устройства - электромеханический. Силы, действующие на горизонтальные валки, до 300 кН. Основные диаметры валков, мм: нижнего 280 и верхнего 694.
Шестеренные клети комбинированные: первая ступень - коническая пара шестерен с i = 1, вторая - цилиндрическая с передаточным отношением, соответствующим отношению основных диаметров валков. Шестеренные клети соединены с валками карданными шпинделями, а между собой (в продольном направлении) - зубчатыми муфтами. Привод стана - групповой, осуществляется двумя электродвигателями постоянного тока мощностью 640 кВт с частотой вращения 600/1050 мин'1 через цилиндрические редукторы, установленные с двух концов привода стана. При малых моментах профилирования один из них отключается.
Летучие ножницы 14 кривошипного типа с параллельным перемещением ножей используют при непрерывном профилировании профилей открытого типа. Профили режутся на длины 5 - 12 м на скоростях до 2,5 м/с. Сила резания 1000 кН.
За ножницами установлена группа из трех клетей 15 для доформовки и правки профилей.
Между клетями стана устанавливают неприводные вертикальные ролики для направления заготовки в калибры, а в конце стана -специальные валки 16 для правки профилей.
* Более широкое распространение получают накопители спирального типа.
Смазка и охлаждение рабочих поверхностей валков осуществляется эмульсией, подаваемой от централизованной эмульсионной системы.
Перевалку стана выполняют заменой с помощью мостового крана комплектов рабочих валков клетей на комплекты заранее настроенные на стенде.
Профили, подлежащие продольной сварке, проходят через участок ВЧ-сварки, состоящий из шовонаправляющей клети 11, сварочного устройства 12, шовообжимной клети 13, гратоснимателя и охлаждающего устройства. Оборудование участка обеспечивает сварку профилей толщиной 3-8, высотой 60 - 150 и шириной 80 - 230 мм на скоростях 0,25 -1,33 м/с. Сила осадки в сварочной клети 200 кН, мощность колебательного контура установки ВС-600/0,44 600 кВт, рабочая частота тока 11 - 400 кГц.
Летучая дисковая пила 17 предназначена для разрезки профилей длиной 3 - 12 м на скоростях до 1,33 м/с. Наибольшая площадь сечения разрезаемого металла 4800 мм2. Размеры диска пилы - 0 800 х 5 мм. Мощность электродвигателя привода диска 90 кВт, частота вращения 2970 мин-1.
Готовые профили поступают на отводящий рольганг и проходят через установку 18 для сдува эмульсии на инспекционный участок, где осуществляется выборочный контроль. Участок оборудован рольгангом, сталкивателем с пневмоприводом и инспекционным стеллажом. Рольганг 19 состоит из транспортных, а также двух магнитных роликов. Скорость транспортирования профилей 1,4 - 4,15 м/с. Диаметр электромагнитных роликов 350 и длина 650 мм.
За рольгангом установлена промасливающая машина. Рольганг 20 за промасливающей машиной предназначен для транспортирования профилей на цепной шлеппер. Две секции рольганга могут работать раздельно при транспортировании профилей длиной до 6 м и совместно - при большей длине.
Цепной шлеппер предназначен для уборки профилей с рольганга, набора их в ряд и передачи рядов на рольганг кантователя. Масса транспортируемых профилей 2 т, скорость движения тянущих цепей 1,25 м/с, шаг захватов 1600 мм. Рольганг кантователя служит для подачи рядов профилей на рольганг скребкового толкателя 21. Ролики с индивидуальным приводом, их диаметр 150 и длина 1300 мм. Скорости транспортирования 1 - 3 м/с.
Кантующее устройство служит для поворота на 180° рядов профилей с целью их плотной укладки в пакет на укладчике. Масса кантуемого ряда профилей 2 т, ширина 1000 мм, число кантующих вилок 6, ход тележки 1600 мм, раствор вилок 222 мм.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
721
Скребковый толкатель предназначен для доталкивания ряда профилей с рольганга в укладчик. Длина ряда 3 - 12 м. Скорость перемещения скребка 0,5 - 1,4 м/с, их возврата -2,5 м/с.
Укладчик 22 гнутых профилей в пакеты расположен в конце агрегата. Он состоит из подъемного стола, передвижного упора, механизмов горизонтального и вертикального перемещения стола и опорной тележки. Стол имеет два кармана для укладки профилей. Наибольшая масса пакета 5 т, длина 3 - 12 м, ширина 1000 и высота до 800 мм. Скорость подъема стола 83 мм/с, скорость поперечного перемещения укладчика 0,32 - 0,46 м/с. Высота подъема стола до 850 мм. Поперечный ход укладчика для перемещения в различные позиции 7100 мм, грузоподъемностью 10 т.
Профили, которые не требуется кантовать перед пакетированием, поступают к укладчику по рольгангу, расположенному по оси формовочного стана агрегата.
Сортовые агрегаты для единичного производства гнутых профилей устанавливают на металлопотребляющих предприятиях, использующих изготовляемые гнутые профили в своей продукции. Большинство агрегатов специализированные, легкого или среднего типов, непрерывного профилирования, в основном поруленного. Скорость профилирования 0,5 -1 м/с, на большинстве агрегатов - до 0,7 м/с.
Состав и конструкция оборудования упрощенные, длина агрегатов от нескольких метров до нескольких десятков метров.
Листовые профилегибочные агрегаты предназначены для непрерывного поруленного профилирования, а в отдельных случаях - для поштучного. Скорости профилирования на агрегатах массового производства профилей до 1,5 м/с, на агрегатах единичного производства-до 1 м/с.
Технические характеристики листовых профилегибочных агрегатов массового производства конструкции ВНИИМЕТМАШа и СКМЗ* приведены в табл. 8.15.4. Эти агрегаты имеют высокий уровень механизации и автоматизации, в том числе, - и вспомогательных операций.
Состав оборудования листовых агрегатов аналогичен составу сортовых агрегатов.
Листовой п р о ф и л е г и б о ч-ный агрегат (0,5 - 1,5) х (500 - 1500) (рис. 8.15.3) предназначен для массового производства специального профилированного настила с высотой гофров до 120 мм.
Рулоны со склада подают на консольный барабан разматывателя 1 с приводом от электродвигателя. Разматыватель - плавающий, оборудован прижимным роликом и отгибате-лем 2 переднего конца полосы.
Отгибатель служит также для направления полосы в листоправильную машину 3 раскрывающегося типа. За ней установлены гильотинные ножницы 4 с уборочным устройством для обрезки передних некондиционных концов полос.
* Старокраматорский машиностроительный завод (Украина).
8.15.4. Технические характеристики листовых профилегибочных агрегатов конструкции ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ
Параметр	Агрегат		
	(1-4) х (400-1500)	(0,5 - 2,5) х (300-1500)	(0,5 - 1,5) х (500-1500)
Процесс профилирования	Поштучный	Непрерывный порулонный	
Заготовка:			
толщина, мм	1 - 4	0,5 - 2,5	0,5 - 1,5
ширина, мм	400 - 1500	300 - 1500	500 - 1500
масса рулона, максималь-	10	16	
ная, т			
Скорость профилирования, м/с	0,75 - 3	0,5 - 1,5	0,3 - 1,5
Профили:			
высота, максимальная, мм	200	100	120
длина, м	6 - 12	3 -:	12
Число клетей	20	30	
722
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Рис. 8.15.3. Схем* листового профилегибочного агрегат* (0,5 - 1,5) х (500 - 1500) для массового производства гнутых профилей
Формовочный стан 5 состоит из тридцати рабочих 2-валковых клетей и оборудован направляющими вертикальными неприводными роликами. Клети открытого типа с наборными валками. Привод валков групповой от электродвигателей через шестеренные клети и карданные шпиндели. На стане установлены следящие ролики летучих ножниц 6. Перед ножницами расположено направляющее устройство, которое предназначено также и для сброса задних немерных концов профиля в короб посредством поворота одной из секций рольганга вокруг продольной оси.
Летучие ножницы с механизмом выравнивания скоростей работают в режиме запусков на каждый цикл резки. По транспортному рольгангу 7 профили подаются к укладчику 8.
Укладчик, обеспечивающий укладку профилей в пакеты шириной до 1450, высотой до 500 мм (масса пакета до 8 т), состоит из двух продольных, подвижных в поперечном направлении балок с консольными поворотными роликами. Ниже роликов устанавливают накопительные лаги дня приема профилей во время уборки пакета с подъемного стола укладчика.
В агрегате установлена машина для автоматической обвязки пакета профилей стальной лентой. Обвязанный пакет перемещается по отводящему рольгангу до упора, где убирается краном на склад. Длина агрегата около 50 м, масса около 500 т.
Профилирование на формовочном стане осуществляется постепенной подгибкой участков плоской заготовки в калибрах рабочих валков до получения профиля требуемой формы. Число пропусков, и соответственно, -рабочих клетей (при этом первая клеть обычно имеет гладкие валки) зависит от формы сечения профиля, его материала, требуемого качества профиля, характера процесса профилирования и определяется калибровкой - системой последовательных калибров для получения заданного профиля изделия.
Обычно при движении заготовки вдоль стана формуется профиль, расположенный в середине заготовки, а затем последовательно профили, расположенные по краям.
В процессе калибровки производится выбор оптимальной системы калибров (последовательности подгибки участков сечения заготовки), определение ширины заготовки с учетом ее утонения в местах гиба, расчет формы и положения сечений ручьев относительно осей валков и определение основной оси или основного участка (не изменяющих своего положения во всех клетях стана), а также расчет величин углов подгибки и радиусов изгиба по пропускам [1, 4, 6, 7].
Основными факторами, ограничивающими углы подгибки листа, являются предельно допустимые пластическая деформация в местах гиба (особенно для малопластичных материалов) или упругая деформация боковых кромок профилей (для высокопластичных материалов). Для определения допустимых углов подгибки и радиусов гиба используют соответствующие зависимости [6, 7]. Наиболее универсален метод расчета, основанный на том, что определяющей является предельно допустимая пластическая деформация наружных волокон на участке изгиба [1].
Расчетные значения углов подгибки корректируют для обеспечения надежного захвата формуемого профиля валками в первых пропусках.
Энергосиловые параметры профилирования - суммарная сила воздействия металла на валки и вращающий момент - являются определяющими при проектировании формовочных станов.
Процесс гибки листа происходит не только в калибре валков (рис. 8.15.4), но и на участке плавного перехода - в очаге L деформации, находящемся перед (L\) и за (£2) осе-вой плоскостью валковой системы. При движении заготовки в стане участок плавного перехода сохраняет свою форму и размеры. Длина участка плавного перехода обычно меньше межклетьевого расстояния. Напряжения при зажатии заготовки между валками не должны превышать пределов упругой деформации. Только в местах изгиба возникают напряжения, превышающие предел упругости, и осуществляется пластическая деформация. Площадь поперечного сечения заготовки и ее толщина
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
723
б)
Ряс. 8.15.4. Схема очага деформации при профилировании швеллера в промежуточной клети стана (а) и графики изменения угла подгибки а и относительного радиуса р изгиба (<5)
(кроме мест изгиба с относительно малыми радиусами) не изменяются. Процесс профилирования зависит от многих технологических параметров, что затрудняет его полное аналитическое решение.
Удобным для инженерных расчетов является графоаналитический метод Мекельта определения сил и моментов, приведенный в работе [7]. Но этот метод дает завышенные значения сил и моментов для больших углов подгибки, так как разработан для первых пропусков.
В качестве оценочного определения максимально возможных сил на валках сортовых профилегибочных станов предложен метод, основанный на расчете предельной силы воздействия металла на валки Рпред, кН, при которой наступает процесс прокатки полосы при профилировании. Эго соответствует случаю, когда зазор между валками меньше толщины полосы:
п 2 RB
nPea"CTT 3(42 105 ’
где стт - предел текучести материала полосы, МПа; R - основной радиус валка, мм; В -ширина полосы (или ее участков, контактирующих с валками), мм.
По этой силе может быть определен и предельный вращающий момент при профилировании с натяжением (момент пробуксовки).
Предложенный в работе [6] метод расчета сил, действующих на валки, основан на исследовании характера распределения давления металла в калибре с учетом механических характеристик заготовки и режима профилирования. На его основе получены формулы (табл. 8.15.5), определяющие эти силы для уголковых, швеллерных, корытных, зетовых профилей, а также волнистых листов. С допустимой степенью точности возможен расчет сил для профилирования более сложных профилей путем приведения их сечений к комбинации сечений таких видов, для которых имеются расчетные зависимости.
724
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
8.15.5. Формулы для определения суммарных сил, действующих на валки,
Схема распределения сил, действующих на валки
Профиль
Корытный
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
725
при профилировании сортовых профилей [5]
Формула для определения суммарной силы
Рс = cosctc
+ 3,52 • lO-^’V-6^2 - с2)
2 ’c=^-ln

+ 3,52-10~4JSai,4s2^
ft2-a2	h-2c
-t-T-7J-cosa(. +—гг-I b2,6	<=	/,1,6
p 1n hfti -c) C” 2 111 c2
cosac
<7,04 10"4ia,’4i°’6>
cb-c2
+ 3,52 10-4£d1’4^2’6 4cosac
,2'
9 — -2aTrcosac
hx-2c a\-c b2* Г ft»-6 + a2*
> <M2 1 c =—— c 4
X 5'-4
Cos5c/^4cosac
_ a2-c2
С0в8с гг
aX’6
7,04 10“4£P*’4s0’6
СЙ] -c2
-i2cosp(
ft.2 -c2
+ a J’4 cos ac n	. + P J.’4 cos pc 2
2ft| 6
4- 3,52 ♦ 10~4 Es2'6 x
chi -c
- aTS2 COSpc
1
2
726
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Конструкция машин профилегибочных агрегатов. Рабочие клети формовочных станов применяют со станинами открытого и закрытого типов.
Клети с закрытыми станинами используют, в основном, в формовочных станах агрегатов легкого и среднего типов.
Применяют также рабочие клети с быстросъемной частью станины со стороны обслуживания и стационарной частью, являющейся одновременно корпусом шестеренной клети. Вращающий момент передается валкам системой шестерен без шпинделей (рис. 8.15.5; табл. 8.15.6). При небольших нагрузках эта конструкция может иметь только один стационарный корпус, и съемные калибры устанавливают на консольных частях шестеренных валов.
Более распространены рабочие клети с двумя станинами, одна из которых быстро-съемная, и с приводом валков от шестеренных клетей через карданные шпиндели (рис. 8.15.6; табл. 8.15.7).
Клети со станинами открытого типа используют на всех отечественных агрегатах среднего и тяжелого типов для массового производства профилей и на зарубежных агрегатах тяжелого типа. Клети (рис. 8.15.7; табл. 8.15.8) состоят из двух станин открытого типа. Снизу
Рис. 8.15.5. Схема рабочей клети с бесшпиндельным приводом:
1 - рукоятка регулировки положения верхних валков; 2 - крышка; 3 - корпус; 4 - сменные шестерни;
5 - соединительные муфты;
6,8- оси верхнего и нижнего валков соответственно;
7 - быстросъемная станина
8.15.6. Рабочие клети с бесшпиндельным приводом фирмы Теорг” (Германия)
Размеры, мм
Параметр	Рабочая клеть				
	ЗО/(В)	40/(В)	50/(В)	60/(В)	80/(В)
Межосевое расстояние					
L:					
минимальное	80	115	135	150	170
максимальное	100	145	170	180	200
Расстояние К от пли-	100	140		175	
ты до оси нижнего					
валка					
Диаметр d вала валка	30	40	50	60	80
Толщина J полосы	1,5; 1; 0,5	2,5; 1,5; 0,75	3; 1,5; 1	4; 2,5; 1,25	4; 2,5; 1,5
Ширина полосы	100; 150; 300	100; 200; 400	100; 200; 400	100; 200; 400	200; 500; 700
Длина А рабочей час-	150; 200; 350	150; 250; 450	150; 250; 450	150; 250; 450	250; 550; 750
ти вала					
Ширина Е профиля,	60; 100; 120	80; 150; 200	80; 150; 200	80; 150; 300	150; 300; 400
максимальная					
Высота Н профиля,	30	40	50	60	80
максимальная					
Примечания: 1. Условные обозначения величин см. на рис. 8.15.5.
2. Осевая регулировка валков ±5 мм.
3. Толщина полосы при увеличении ее ширины для одного диаметра вала валка соответственно снижается.
8.15.7. Рабочие клети с двумя станинами и приводов через карданные шпиндели станов фирмы "Георг" (Германия)
	Рабочая клеть											
	ЗО/(В)	40/(В)	50/(В)		60/(В)		70/(В)		80/(В)		100/(В)	
Параметр	Исполнение клети											
	А	А	А	В	А	В	А	В	А	В	А	В
Межосевое расстояние А	70	90	110	110	по	110	130	130	150	150	200	200
			«мамам*	*аммм*	^м^^мм		амма^мм	ам^^^маа»	^^мм^м^а			
	150	180	200	210	200	210	220	240	250	290	300	340
Расстояние Н от плиты до	-	-			250			250			280			310		360
			•мамами									
оси нижнего валка			260	270	260	270	300	300	350	350	400	400
Диаметр d вала валка	30	40	50		60		70		80		100	
Длина К рабочей части вала	50	100	100		100		100		100		100	
	250	ммаам										
		400	600		1000		1000		1800		1800	
Ширина полосы			50	50		50		50		50		50	
	•мамам*	а^*^м*										
	200	350	550		950		950		1750		1750	
Длина В2 линии клети	350	600	700		900		1100		1300		1600	
	*в**м											
	550	900	1200		1800		2000		3000		3300	
Расстояние между осями	200	250	350		350		450		450		600	
клетей												
Примечания: 1. Условные обозначения величин см. на рис. 8.15.6.
2. В числителе дроби - минимальное значение величины, в знаменателе - максимальное.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
8.15.8. Рабочие клети станов фирмы "Драйштерн" (Германия)
Размеры, мм
Параметр	Рабочая клеть				
	Р3.100		Р3.125		Р3.160
	Нормальная	Увеличенная	Нормальная	Увеличенная	Нормальная
	Исполнение клети				
	I	II	I	II	I	II	I	II	I	II
Межосевое расстояние А	100/85		125/100		160/130
Диапазоны регулирования валков:					
верхнего	+40	+40	+65	+65	+55	+55	+90	+90	+70	+70
	-15	-30	-15	-30	-25	-45	-25	-45	-30	-55
нижнего	± 15		±20		±25
Расстояния:					
от плитовины до оси	160		200		250
нижнего валка					
между осями клетей	250		330		400
Осевое регулирование валков	±4		± 3		±4
Толщина полосы при	2		3		4
ств = 400 МПа					
Диаметр d вала валка	40	50	50	63	63
Длина К рабочей части вала	180; 220	270	340; 420	520	220; 270	340	420; 520	650	280; 350	430
валка					
Ширина полосы	160; 200	250	320; 400	500	200; 250	320	400; 500	630	250; 320	400
00
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Продолжение табл. 8.15.8
Параметр	Рабочая клеть				
	Р3.160	Р3.200		Р3.250	
	Увеличенная	Нормальная	Увеличенная	Нормальная	Увеличенная
	Исполнение клети				
	I	II	I	II	I	П	I	II	I	II
Межосевое расстояние А	160/130	200/165		250/185	
Диапазоны регулирования валков:					
верхнего	+110	+110	+90	+90	+140	+140	+105	+105	+175	+175
	-30	-55	-35	-65	-35	-65	-65	-65	-65	-65
нижнего	±25	±30		±40	
Расстояния:					
от плитовины до оси	250	320		400	
нижнего валка					
между осями клетей	400	500		630	
Осевое регулирование валков	±4	±4		±4	
Толщина полосы при	4	5		6	
ав = 400 МПа					
Диаметр d вала валка	80	'	80	100	100	125
Длина К рабочей части вала	530; 660	830	350; 430	530	660; 830	1030	450; 550	680	850; 1050	1300
валка					
Ширина полосы	500; 630	800	320; 400	500	630; 800	1000	400; 500	630	800; 1000	1250
Примечание:!.В числителе дроби - номинальное межосевое расстояние, в знаменателе - минимальное.
2. Скорость профилирования машин одинакова и равна 0,7 м/с.
3. Условные обозначения величин см. на рис. 8.15.7.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
730
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Рис. 8.15.6. Схема рабочей клети фирмы "Георг" (Германия):
1 - шестеренная клеть; 2 - шпиндели; 3 - стационарная станина клети; 4, 6 - нажимные устройства;
5 - оси валков; 7 - быстросъемная часть станины
Исполнения клети
S)
Рис. 8.15.7. Рабочая клеть со станинами открытого типа (конструкция ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ) агрегата (2 - 8) х (100 - 600)
станины, установленные на раме, соединены траверсой 3, сверху - съемной крышкой 2, которая закреплена на станинах пальцами и распорными клиньями. Нажимные механизмы 1 снабжены электроприводом. Валки 4 наборные, калибр образуется рабочими профильными шайбами, установленными на вал валка со шпонкой. Уравновешивание верхнего валка -пружинное. Механизм осевого регулирования расположен на конце вала со стороны обслуживания.
В связи с увеличением высоты профилей, усложнением их формы и повышением требований к качеству и точности профилей расширяется применение универсальных 4-валковых клетей (рис. 8.15.8).
Универсальная клеть характеризуется наличием двух кассет с вертикальными неприводными валками, оси которых расположены в
одной вертикальной плоскости с осями горизонтальных валков. Осевое регулирование вертикальных валков осуществляется нажимными механизмами вручную.
Рабочие валки формовочных станов могут быть цельными или наборными (рис. 8.15.9). Валки с наборной рабочей поверхностью получили наибольшее распространение вследствие простоты изготовления и экономичности. Материалы рабочих элементов валков - в основном стали Х12, Х12Ф1, 9Х, Х12М, 9X1 и 9ХС. Для тонкостенных профилей при высоких требованиях к качеству поверхности применяют валки из нейлона, текстолита и других материалов. Твердость стальных элементов валков массой до 300 кг составляет 45 - 50 HRC, а массой более 300 кг -40 HRC.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТОВЫХ ГНУТЫХ ПРОФИЛЕЙ
731
Рис. 8.15.8. Универсальная 4-валковая клеть:
1 - нажимной механизм верхнего валка; 2 - крышка станины; 3 - оси горизонтальных валков;
4 - обоймы вертикальных валков; 5 - станина; 6 - подушка; 7 - уравновешивающее устройство верхнего валка
Рис. 8.15.9. Наборный валок формовочного стана:
1 - ось; 2 - калибры валка;
3 и 4 - установочные и резьбовые кольца;
5 - упорные втулки (из 2-х половин); 6 - шпонка
Основные диаметры нижних валков Z)O H принимают минимально возможными, исходя из прочности вала и рабочих элементов валков с учетом их переточек. Основные диаметры верхних валков Z)O B определяют, исходя из тех же условий, но с учетом максимально воз
можной глубины вреза калибра в валок, котр-рая определяется сортаментом и калибровками профилей. Принятые диаметры и их соотношение
• _ Л), в Д,н
сохраняются постоянным при производстве всех профилей на данном стане. На некоторых станах, поскольку глубина вреза в валки увеличивается постепенно по ходу профилирования, для первых групп клетей применяют клети с меньшим передаточным отношением для уменьшения размеров и массы верхних валков.
Максимальная высота формовки профиля, при этом, равна:
^тах
А).в А).н 2
732
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
Станы для производства гофрированных листовых профилей обычно имеют одинаковые основные диаметры, т.е. £>ов « Р0.н> что" бы врез калибра располагался поровну в верхнем и нижнем валках. В этом случае:
^max — ^тах “ ^min>
где Днях ' наибольшее межосевое расстояние валков.
Режущие машины агрегатов. Летучие режущие машины - одни из наиболее сложных машин агрегатов, конструкция которых постоянно совершенствуются с
целью повышения их производительности, качества реза и точности разрезки на мерные длины.
Для сортовых агрегатов разработаны гаммы режущих машин: пресс-ножницы, просечные прессы, дисковые зубчатые пилы. Базовые типоразмеры машин и их параметры см. в табл. 8.15.9.
Точность разрезки на мерные длины при скорости профилирования до 1,3 м/с достигает ±1,0 мм. Для разрезки профилированных листов изготовляют летучие просечные прессы или пресс-ножницы с силой резания до 1000 кН.
8.15.9. Летучие режущие машины фирмы "Драйштерн" (Германия)
Базовое исполнение режущей машины	Параметр	Режущая машина					
		ТК121	ТК 321	ТК631	ТК 1001	ТК2001	ТК 4001
Общие параметры	Проходное сечение профиля Ь х h, мм (для пилы, пресса, ножниц)	160 х 63	250 х 80	320 х 100	400 х 125	500 х 160	630 х 200
	Совместный ход, мм, при скорости профилирования 0,67 м/с	1000	1250	1600	2000	3000	4000
	Мощность электродвигателя гидропривода, кВт	5,5	11	18,5	30	45	75
Пила	Тип	1.30	3.75	6.15	10.25	20.50	40.90
	Разрезаемое сечение, мм2	120	320	630	1000	2000	4000
	Мощность электродвигателя, кВт	1,5 - 3,7	2,5 - 7,5	11 - 15	15 - 25	30 - 50	75 - 90
	Диаметр диска, мм	320	400	520	630	800	1000
	Число резов, мин'1		20		16	10	6
Ножницы	Тип	1.8	3.16	6.32	10.50	20.80	40.70
	Сила резания, кН	80	160	320	500	800	1600
	Число ХОДОВ, МИН'1	35	32	28	25	22	20
Пресс	Тип	1.5	3.12	•6.20	10.32	20.50	40.70
	Сила резания, кН	50	120	200	320	500	700
	Ход, мм	63 - 30	80 - 40	112 - 60	140 - 70	180 - 90	224 - 100
	Число ХОДОВ, МИН'1	16 - 32	12 - 25	10 - 20	8 - 16	6 - 12	5 - 10
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ
733
При скоростях перемещения (соответствующих скорости профилирования) более 1,5 м/с для разрезки профилей открытого типа на сортовых агрегатах применяют летучие ножницы ротационного типа с плоскопараллельным перемещением ножей в зоне резания конструкции ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ.
В агрегатах (1 - 4) х (50 - 300) установлены летучие ножницы кривошипно-шатунного типа. Сила резания 250 кН, скорость движения разрезаемого профиля до 2,5 м/с. Ножницы обеспечивают разрезку профилей на мерные длины 3 - 12 м с точностью до ±10 мм.
В агрегате (2 - 8) х (100 - 600) использованы летучие ножницы параллелограмного типа с силой резания 1000 кН, обеспечивающие разрезку профилей, движущихся со скоростью до 2,5 м/с, на мерные длины 5 - 12 м.
В линии профилегибочного агрегата (0,5 - 2,5) х (300 - 1500) установлены летучие ножницы, обеспечивающие при скорости профилирования до 1,5 м/с точность ±10 мм при разрезке на длины до 12 м.
Для разрезки закрытых профилей применяют высокопроизводительные дисковые пилы, работающие с повышенными скоростями подачи диска (см. гл. 8.18). В агрегатах (1 - 4) х (50 - 300) и (2 - 4) х (150 - 450) установлены пилы, у которых привод перемещения каретки с режущим устройством - электромеханический реечный, работающий в режиме запусков. Электронная схема управления пилой обеспечивает разрезку профилей на мерные длины с точность до ±3 мм при скорости профилирования до 1,5 м/с. Отрезаемые длины 5 - 12 м. Резание осуществляется зубчатым диском с окружной скоростью порядка 90 м/с при скоростях подачи до 0,7 м/с [5].
8.15.2.	АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ
Общие сведения. Типы агрегатов. Сварные гнутые профили производят на специализированных агрегатах или универсальных сортовых агрегатах с участками продольной сварки.
На этих агрегатах сварные профили изготовляют непосредственно из плоской заготовки с дальнейшей сваркой предварительно отформованных профилей. Сортаментные возможности у таких агрегатов выше, чем у трубоэлектросварочных агрегатов (ТЭСА) для профильных труб, поскольку формовка сварной трубной заготовки в профильную трубу ограничена определенными соотношениями толщины ее стенки и диаметра.
Процесс профилирования на агрегатах непрерывный. Скорости профилирования и, следовательно, производительность определяются скоростью продольной сварки, завися
щей от вида сварки, конструкции сварочного оборудования и параметров сечения профиля (в основном толщины стенки).
Наиболее высокопроизводительна сварка токами высокой частоты с индукционным или контактным токоподводом, применяемая для сварки различных сталей с содержанием углерода примерно до 0,22 %.
При индукционном подводе тока отсутствует контакт с профилем. Поэтому особых требований к поверхности заготовки не предъявляется, но для каждого типоразмера профиля необходим индивидуальный индуктор.
При контактном подводе тока имеет место значительный износ контактов кондуктора, поэтому их интенсивно охлаждают. Однако, кондуктор является универсальным токоподводом и позволяет повысить КПД сварочной установки.
Технические характеристики некоторых агрегатов зарубежных фирм приведены в табл. 8.15.10, агрегатов конструкции ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ с участком продольной сварки - в табл. 8.15.11.
Состав оборудования агрегатов для производства сварных профилей аналогичен сортовым агрегатам с непрерывным процессом профилирования и включает оборудование участка сварки и летучую пилу.
Участок сварки располагают непосредственно за формовочным станом. В него входят шовонаправляющая клеть, сварочная установка, сварочная машина, охлаждающее устройство и правильно-калибрующая клеть (или клети) (см. рис. 8.15.2).
Шовонаправляющая клеть предназначена для регулирования угла схождения свариваемых кромок профиля и их натяжения. В клети установлены два неприводных валка: нижний опорный и верхний шово-направляющий - "нож", рабочая поверхность которого образована двумя изолированными коническими шайбами.
Для регулирования угла схождения кромок клеть перемещается электромеханическим приводом по продольным направляющим, а шовонаправляющий нож можно регулировать ручным приводом по высоте и вдоль его оси.
Сварочная установка, обеспечивающая разогрев свариваемых кромок перед их обжатием, состоит из лампового генератора 2ВЧ-600/0,44 (номинальная колебательная мощность 600 кВт, частота 440 кГц и анодное напряжение 12 кВ); сварочной головки - высокочастотного трансформатора с блоком конденсаторов, имеющего регулировку положения относительно профиля, а также из сменных индукторов или кондуктора.
Сварочная машина состоит из шовообжимной клети, насекателя наружного грата и двух резцовых гратоснимателей.
734
Глава 8.15. ПРОФИЛЕГИБОЧНЫЕ АГРЕГАТЫ
8.15.10.	Технические характеристики профилесварочных агрегатов зарубежных фирм
Параметр	Фирма				
	"Форд" (США)	Завод в Кремзе (Австрия)	"Дзюкивдзайкоге” (Япония)		"Стала” (Финляндия)
Размеры свариваемых профилей, мм:					
толщина стенки	Определяются	1 - 8	До 4,5		2 - 5
ширина профиля	размерами авто-	-			50 - 120
высота профиля	мобильных рам	-			50 - 100
Тип сталей профиля	Конструкционные	Углеродистые и конструкционные			Коррозионно-стойкие
Скорость сварки, м/с Вид сварки Сварочное устройство:	0,5	До 1,6 твч	До 1,3		0,02 - 0,13 Аргоно-дуговая или плазменная
мощность, кВт	140	350	180		-
частота тока, кГц	140	350 - 500	320-360	450	-
токоподвод	Контактный	Индукционный и контактный	Индукционный	Контактный	-
Тип пговообжимной клети	Пятивалковая		Четырехвалковая		Пятивалковая
8.15.11.	Технические характеристики участков продольной сварки гнутых профилей конструкции ВНИИМЕТМАШ - СКМЗ
Параметр	Агрегат		
	(1 - 4) х (50 - 300)	(2 - 4) х (150 - 450)	(2 - 8) х (100 - 600)
Размеры свариваемых профилей, мм:			
толщина стенки	1,5 - 4	2 - 4	2 - 8
ширина профиля	40 - 100	50 - 155	80 - 230
высота профиля	40 - 75	36 - 100	75 - 150
Материал профилей	Углеродистые, конструкционные и низколегированные стали с содержанием углерода до 0,22 %		
Скорость сварки, м/с Устройство ВЧ-сварки:	До 1,5	0,5 - 1,5	0,3 - 1,3
мощность, кВт	400		600
частота тока, кГц	440		440
токоподвод Тип шовообжимной клети	Индукционный Пятивалковая		Индукционный, контактный
Сила на сварочном валке, максимальная, кН	120		200
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВАРНЫХ ПРОФИЛЕЙ
735
Шовообжимная клеть (рис. 8.15.10) предназначена для приложения внешних сил к свариваемым кромкам. Клеть конструкции ВНИИМЕТМАШ имеет стационарно установленный на станине нижний опорный валок 3 и закрепленную в вертикальных направляющих плиту с двумя боковыми сварочными валками 5 и двумя верхними прижимными кромочными валками 2. Оси всех пяти валков, образующих калибр, расположены в одной вертикальной плоскости. С целью стабилизации положения точки схождения свариваемых кромок и увеличения времени обжатия сварного шва в клети установлены вертикальные валки 4.
Сварочные валки консольные и установлены в рычагах, опоры которых расположены на плите, а другие концы рычагов стягиваются между собой гидроцилиндром, обеспечивающим заданную сварочную силу и ее постоянство при колебаниях размеров заготовки. Верхние прижимные валки расположены V-образно под углом 10° к вертикали. Оси их закреплены в суппортах настроечных механизмов, смонтированных на плите с электромеханическим приводом 1.
Плита со сварочными и прижимными валками имеет механизм перемещения, что позволяет при производстве квадратных и прямоугольных профилей переходить с одного типоразмера на другой без перевалки валков калибра.
Рис. 8.15.10. Шовообжимная клеть конструкции ВНИИМЕТМАШ* участка сварки агрегата (2 - 8) х (100 - 600)
Охлаждающее устройство, предназначенное для охлаждения профиля после сварки до температуры 50 °C, состоит из нескольких секций с установленными между ними направляющими роликами. Охлаждение осуществляется, как правило, технической водой, интенсивность его регулируется изменением ширины щели форсунки.
Правильно-калибрующее устройство (см. рис. 8.15.2) состоит из трех универсальных клетей (аналогичны применяемым на стане), предназначенных для окончательной формовки - калибровки сечения сварного профиля, а также для компенсации продольного изгиба профиля в вертикальной плоскости от остаточных напряжений, обусловленных термическим циклом сварки.
Правка профиля обеспечивается настройкой опорных роликов, регулируемых по высоте, которые устанавливают между клетями, а также специальными валками 16.
Основными параметрами процесса высокочастотной сварки замкнутых гнутых профилей являются параметры работы источника питания, температура нагрева свариваемых кромок в точке их схождения, сила осадки в шовообжимной клети (сила на сварочном валке), припуск на оплавление кромок, скорость сварки.
При конструировании оборудования основным параметром является суммарная сила на сварочном валке, составляющие которой -силы упругой деформации профиля в шовообжимной клети и пластической деформации нагретых кромок в процессе их осадки. Расчет энергосиловых параметров формовки и сварки замкнутых профилей приведен в работе [3].
Поскольку сварка замкнутых профилей схожа со сваркой труб, можно использовать зависимости, приведенные в параграфе 8.13.1.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Богоявленский К. Н., Петичев А. Н. Производство гнутых профилей: Справочник. Кн. 2. Гл. VIII. Технология прокатного производства. М.: Металлургия, 1991. 802 - 803 с.
2.	Гнутые профили проката: Справочник / И.' С. Тришевский, В. В. Лемпицкий, Н. М. Воронцов и др. М.: Металлургия, 1980. 352 с.
3.	О расчетном методе определения усилия осадки при высокочастотной сварке // Обработка металла давлением в машиностроении. Вып. 9. Харьков: Изд-во Харьковского государственного университета, 1972. 124 с.
4.	Производство гнутых профилей. Оборудование и технология / И. С. Тришевский, А. Б. Юрченко, В. С. Марьин и др. М.: Металлургия, 1982. 384 с.
736
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
5.	Сидоров П. И., Набатов Ю. Н., Баранов Н. М., Морозов М. П. Летучие пилы холодной резки труб и профилей. Совершенствование процессов и машин для обработки проката. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1988.
6.	Тришевский И. С., Докторов М. Е. Теоретические основы процесса профилирования. М.: Металлургия, 1980. 287 с.
7.	Чекмарев А. П., Калужский В. Б. Гнутые профили проката. М.: Металлургиздат, 1974. 274 с.
8.	Хейфец Г. Ф., Клеланда В. В., Белоусов А. Ф. Современное оборудование для производства специальных гнутых профилей в СССР и за рубежом Ц Металлургическое оборудование. Сер. 1. Вып. 7. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1988. 32 с.
Глава 8.16
МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
В современном прокатном производстве обработка и отделка проката связана с многочисленными технологическими операциями, выполняемыми на разнообразных агрегатах, объединенных транспортными устройствами, которые осуществляют продольное, поперечное либо комбинированное перемещение проката, в ряде случаев совмещенное с его охлаждением. Основные виды машин для транспортирования проката приведены в табл. 8.16.1.
8.16.1. МАШИНЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА
Классификация рольгангов. Продольное перемещение проката в основном выполняется рольгангами, которые состоят из ряда последовательно установленных приводных роликов. По назначению рольганги подразделяют на рабочие и транспортные.
Рабочие рольганги устанавливают непосредственно у клетей. Они предназначены для подачи прокатываемого металла в валки и приема его после проката из валков. К рабочим примыкают раскатные, или удлинительные, рольганги.
Транспортные рольганги используют для межоперационного перемещения проката между последовательно расположенными агрегатами, их, в свою очередь, подразделяют на подводящие и отводящие, служащие соответственно для подачи металла к технологическим агрегатам и уборки его после обработки.
Приводы роликов рольгангов. По способу вращения роликов рольганги могут быть с групповым или индивидуальным приводом. Реже встречаются транспортные рольганги с неприводными роликами, так называемые гравитационные, на которых транспортирование осуществляется под уклон силой веса проката.
Основными параметрами рольгангов являются: диаметр бочки роликов и ее длина, шаг между роликами и частота их вращения. С целью снижения массы рольганга и уменьшения мощности привода диаметр роликов целесообразно брать наименьшим, насколько позволяет прочность ролика. Длину бочки роликов принимают для рабочих рольгангов равной длине бочки валков, для транспортных рольгангов - на 150 - 200 мм больше ширины транспортируемой полосы (или ширины уложенных в рад нескольких профилей). Шаг роликов выбирают из условия, что раскат должен лежать не менее, чем на двух роликах, однако он не должен быть очень большим, иначе раскат будет прогибаться. Окружная скорость вращения роликов рабочих рольгангов должна быть на 10 - 15 % выше скорости выходящего из валков металла, а у транспортных рольгангов она зависит от выполняемых технологических операций. Например, для подводящих рольгангов блумингов, транспортирующих тяжелые слитки, скорость равна 1,5 - 2 м/с, а у отводящих за непрерывным широкополосовым станом горячей прокатки -до 30 м/с.
Рольганги с групповым приводом (рис. 8.16.1) применяют при тяжелых режимах работы для транспортирования коротких заготовок значительной массы. В этом случае масса заготовки распределяется на небольшое число роликов, что обуславливает более экономичное использование установленной мощности электропривода по сравнению с рольгангами, имеющими индивидуальный привод.
Ролики рольгангов с групповым приводом приводятся во вращение через конические зубчатыми передачи, применяемые лишь при значительном шаге роликов, или цилиндрические, которые более предпочтительны из-за их простоты, надежности и большей несущей способности.
В групповом приводе, работающем в реверсивном режиме с регулируемой скоростью и большим числом включений, применяют электродвигатели постоянного тока.
Одним из недостатков группового привода является возникновение нагрузок вследствие износа зубчатых зацеплений при реверсивной работе.
Рольганги с групповым приводом имеют значительную массу, а их ремонт иногда требует длительной остановки стана. Групповой привод рольганга располагают в корпусе боковины рольганга с расточками для установки подшипниковых опор роликов. В другом варианте привод имеет отдельный корпус, и выходные концы валов зубчатых колес привода соединены с хвостовиками роликов зубчатыми муфтами или шпинделями.
МАШИНЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА
737
8.16.1.	Классификация машин для транспортирования проката
Направление транспортирования	Применяемые машины и устройства	Транспортирующие элементы	Привод
Продольное	Рольганги:	стацио- нарные, опускающиеся, качающиеся, поворотные, сдвижные (рольганги-тележки) и магнитные	Ролики: цилиндрические, конические, ребристые, ступенчатые и бикониче-ские	Электрический групповой или индивидуальный
	Тянущие и задающие ролики	Цилиндрические • и профильные ролики	Электрический
	Вталкиватели	Подвижная штанга с реечным или рычажным механизмом перемещения	Электрический, гидравлический и пневматический
Поперечное	Транспортирующие конвейеры: цепные канатные (шлепперные) шагающие реечные (перекладчики) шнековые	Несущие, со встроенными захватами цепи Тележки с линейками или захватами	Электрический
		Гладкие и зубчатые рейки	Электрический и гидравлический
		Ролики с винтовыми ребрами	Электрический
	Клинкен-шлепперы	Подвижные штанги с утапливающимися захватами	Электрический и гидравлический
	Манипуляторы	Подвижные штанги с линейками	Электрический
	Центрирующие устройства	Подвижные линейки	Электрический и гидравлический
	Наклонные стеллажи	-	Силы травитации
Комбинированное: продольное с поперечным поступательное с вращением вокруг продольной оси	Рольганги: с косорасположенными роликами (пакетирующие) с конусными роликами с наклонными роликами	Ролики: цилиндрические конические цилиндрические глобоидные профильные	Электрический: групповой индивидуальный ** н W
	Глобоидные ролики с перекрещивающимися осями		
	Приводные ролики во	вращающейся обойме		
24 Зак 108
738
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Рис. 8.16.1. Схемы рольгангов с групповым цилиндрическим приводом: а - односторонний привод;
б - двусторонний привод роликов с малым шагом; в - расположение осей зубчатых колес и промежуточных шестерен в плоскости разъема корпуса и крышки привода;
г - смещение осей промежуточных шестерен вниз относительно плоскости разъема;
1 - ролик рольганга; 2 - зубчатое колесо;
3 - промежуточная шестерня; 4 - редуктор;
5 - электродвигатель
Оси зубчатых колес, роликов и промежуточных шестерен обычно располагают в плоскости разъема корпуса. Для повышения несущей способности зацеплений промежуточные шестерни смещают вниз, благодаря чему увеличиваются межцентровые расстояния.
У рольгангов с маленьким шагом роликов может быть применен двусторонний привод, расположенный по обе стороны рольганга. При необходимости поперечного смещания заготовки относительно продольной оси рольганга применяют косорасположенные ролики.
В рольгангах с косорасположенными роликами традиционные конические приводы заменяют на цилиндрические. У рольганга конструкции ПО "Уралмаш” (рис. 8.16.2) приводы с цилиндрическими зубчатыми передачами установлены под углом к оси рольганга и связаны с роликами зубчатыми шпинделями.
Секции привода косорасположенных роликов рольганга (рис. 8.16.3) установлены параллельно оси рольганга, но имеют наклонное расположение приводных шестерен. При такой конструкции промежуточные шестерни, сцепленные с зубчатыми колесами смежных роликов, выполнены двухвенцовыми. Следует отметить технологическую сложность изготовления наклонно расположенных расточек гнезд подшипников. Пакетирующие рольганги состоят из нескольких последовательно установленных секций косорасположенных роликов и предназначены для непрерывного приема и сбора в пакет заготовок после разрезки проката на летучих ножницах.
В пакетирующем рольганге, разработанном КО ВНИИМЕТМАШ* для непрерывнозаготовочных станов (рис. 8.16.4), возможно оперативное управление процессом пакетирования заготовок различной длины в результате изменения траектории их движения. С этой целью на входной стороне пакетирующего рольганга установлены консольные приводные ролики, снабженные механизмами их поворота в вертикальной плоскости. Поступающие заготовки движутся по консольным роликам, уровень которых в поднятом положении выше уровня косорасположенных роликов. Смещение заготовки на поле пакетирующего рольганга или начало пакетирования зависит от числа опущенных консольных роликов.
Рис. 8.16.2. Схема пакетирующего рольганга конструкции ПО "Уралмаш":
1 - блок косорасположенных роликов;
2 - промежуточное соединение;
3 - групповой привод блока
* Колпинское отделение ВНИИМЕТМАШа.
МАШИНЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА
739
Рис. 8.16.3. Привод секции роликов пакетирующего рольганга конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - ролик; 2 - зубчатое колесо ролика; 3 - двухвенцовая шестерня; 4 - корпус; 5 - приводная шестерня
Рис. 8.16.4. Схема пакетирующего рольганга непрерывно-заготовочного стана конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - качающийся консольный ролик; 2 - опускающийся упор; 3 - секция косорасположенных роликов;
4 - групповой привод секции
24*
740
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Консольные ролики могут иметь цилиндрическую или коническую форму, поворачиваться в вертикальной или горизонтальной плоскости, либо их можно установить стационарно в сочетании с поворотными открылками, расположенными со стороны входа заготовок.
Расчет привода. Мощность электродвигателя привода роликов рольганга определяется рабочим статическим вращающим моментом транспортирования проката, включающем момент холостого хода, и динамическим моментом, необходимым для разгона металла до скорости транспортирования. Для некоторых видов рольгангов - рабочих и пакетирующих - необходим учет буксовки проката на роликах рольганга, которая является технологическим режимом их работы. При низкой температуре и высокой вязкости масла учитывают барботажные сопротивления.
Статические моменты (Н * м) на оси ролика (Л/р) и промежуточной шестерне (Л/ш) можно представить следующими зависимостями:
Мр = OjGgdff;	(8.16.1)
Л/щ =	(8.16.2)
где бр и (7Ш - веса соответственно ролика и промежуточной шестерни, Н; dp и dm - диаметры цапф соответственно ролика и оси промежуточной шестерни, м; f - коэффициент трения качения в подшипниках ролика и шестерни; для роликовых подшипников /= 0,005 - 0,008.
Момент холостого хода Мхх рольганга без учета момента барботажных сопротивлений равен сумме моментов роликов и промежуточных шестерен:
Л/хх = пМр + тМш, (8.16.3)
где п и т - числа соответственно приводных роликов и промежуточных шестерен.
Суммирование моментов Мр и Мш на приводной ролик выражается сложной степенной зависимостью. С достаточной точностью при расчетах потери в опорах каждой пары зацеплений и опорах шестерни учитываются коэффициентом Т] = 0,95.
Наибольший рабочий вращающий момент на приводном ролике при транспортировании заготовки находят при условии, что нагрузка приложена к ролику, наиболее удаленному от приводного. Для этого используют выражение
Л/р
„	с?3(л: + о^р/)
- МХ.Х +	Т|Л-1
(8.16.4)
где б3 - вес заготовки, Н; К - коэффициент трения качения заготовки о ролик, м; К равно 0,001 м для холодного металла и 0,015 м для горячего металла.
Статический момент (Н • м) на приводном ролике при буксовке Mq заготовки определяется выражением:
м6 = х + G3(JpH Y?Z) , (8.16.5) 2т| 1
где ц - коэффициент трения скольжения заготовки о ролики; ц равно 0,1 - 0,15 для холодного металла и 0,2 - 0,3 для горячего металла; п - номер ролика, воспринимающего нагрузку, считая приводной ролик первым.
Для большей надежности работы рольганга считают, что в рабочих рольгангах первых двух черновых клетей на один ролик приходится половина веса сляба; для рольганга между третьей и четвертой клетью принимают нагрузку на ролик, равную 1/3 веса раската, а для рольганга, расположенного между четвертой и пятой клетями, 1/4 веса раската.
Для отводящих (транспортных) рольгангов допускают, что только 70 % общего числа роликов находятся в контакте с прокатом. Пробуксовка рабочего рольганга возникает от несоответствия скоростей роликов и валков клети. Нагрузка на ролик определяется не только весом раската, но и силой, с которой он прижимается прокатными валками к рольгангу. Так как в рабочем рольганге ролики подпружинены, то нагрузка принимается равной силе действия пружин.
Режим буксовки является наиболее тяжелым для привода рольганга. При выборе привода рольганга, работающего с большим числом включений, необходимо учитывать динамические моменты, которые могут превышать статические нагрузки при установившемся режиме.
Максимальное ускорение а (м/с2) рольганга определяют по формуле
a =	(8.16.6)
где g - ускорение силы тяжести, м/с2.
Динамический момент (Н • м) для разгона (движения с ускорением) самих роликов и находящегося на них металла равен: ^дин ~ (*^р +	=
= ^[лр(»<р0|р)+	(8.16.7)
где пр - число роликов; тр и тм - соответственно масса ролика и металла; Dtp - диаметр инерции вращающейся детали, для сплошного
МАШИНЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА
741
ролика Dfp « 0,7dp (dp - наружный диаметр ролика, м);	- угловое ускорение роликов,
с'2; Оа = (J - линейное ускорение металла, dp
М ♦ С'2).
Суммарный момент (Н • м) привода роликов Лр рольганга по формулам (8.16.4) и (8.16.7):
Л^рол = -А^р ^дин- (8.16.8)
Мощность, требующаяся для вращения роликов рольганга (кВт):
дт _ ^РОЛтР
Арол" 1000 ’
где сор - угловая частота вращения роликов, с*1.
Мощность электродвигателя для привода роликов
^дв ~ -^рол / Л,
где т] - КПД передачи от двигателя к роликам.
Окончательный выбор мощности двигателя необходимо проводить с учетом характера работы рольганга (длительный, кратковременный, повторно-кратковременный), т.е. с учетом как допустимой перегрузки двигателя по моменту, так и допустимого его нагрева.
Ролики с индивидуальным приводом, по сравнению с роликами, приводимыми от группового привода, имеют меньшую инерционность, более удобны в эксплуатации, так как возможна их быстрая замена при ремонте или аварии.
Для вращения роликов с индивидуальным приводом применяют специальные рольганговые двигатели, устанавливаемые на лапах
либо на фланцах. Соединение вала двигателя и ролика осуществляется зубчатыми или эластичными муфтами (рис. 8.16.5). Несмотря на простоту и компактность соединения ролика и электродвигателя с полым валом, привод этого типа не получил распространения из-за низкой эксплуатационной надежности.
Применение индивидуального редукторного привода определяется экономическими и конструктивными соображениями, в частности необходимостью максимального удаления электродвигателя от нагретого металла. Это достигается применением редуктора с вертикальным зубчатым зацеплением либо электродвигатель соединяют с роликом карданным валом с большим углом наклона.
Транспортные рольганги снабжены либо индивидуальными приводами, либо только низкоскоростными электродвигателями, либо их привод осуществляется через цилиндрический редуктор, позволяющий использовать более легкие и дешевые высокоскоростные электродвигатели уменьшенной мощности.
За рубежом получили широкое распространение сменные приводы, состоящие из редуктора и электродвигателя, объединенных в монолитный блок. Редуктор сменного привода легко устанавливается на цапфу ролика и может передавать момент до 5000 Н • м.
Исполнение роликов рольгангов самое разнообразное. Например, для транспортирования тяжелых заготовок, сопровождающегося ударными нагрузками, применяют цельноко-ванные ролики. Для более легких режимов работы широко используются ролики с закованными цапфами, изготовляемыми из толстостенных труб. Эти ролики имеют меньшие массу, инерцию и стоимость.
Рис. 8.16.5. Ролик рольганга стана 500 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ с нццивндуальным приводом: 1 - ролик; 2 - подшипниковая опора; 3 - муфта; 4 - фланцевый электродвигатель
742	Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Разновидностью полых роликов являются ролики с вварными цапфами, бочку которых также изготовляют из толстостенной трубы.
Широкое применение получили ролики с бандажами из чугуна или жаропрочных сталей с целью исключения повреждений поверхностей проката, либо предохранения роликов от термических деформаций.
Для снижения уровня шума при транспортировании холодных профилей и предохранения их поверхностей используют различные покрытия (например» резиновые или полимерные).
Расчет роликов на прочность. Расчет двухопорных и консольных роликов транспортных рольгангов производится на изгиб, что определяет уровень напряжений в зоне действия максимального изгибающего момента от статической грузовой нагрузки. Касательные напряжения находятся от действия вращающего момента в приводной шейке. Однако, в ряде случаев (ролики рабочего рольганга, рольганга у кантователей заготовок и т.д.) возможны ударные нагрузки на ролики от падения заготовки или резкого изменения по высоте ее центра тяжести. В этом случае для двухопорного ролика динамическая сила Р, Н, определяется по формуле
Р = ^ине,	(8.16.9)
при этом динамический коэффициент
к лдин
e3(Q + k2Gp)
(8.16.10)
В этих формулах: О и <7р - соответственно веса транспортируемого металла, приходящегося на один ролик и ролика, Н; Е - модуль упругости, Е — 2 • 1011 Па; J - момент инерции на изгиб сечения ролика, м4; Ас - величина опускания центра тяжести заготовки, м; I -расстояние между опорами ролика, м; к^ -коэффициент приведения, к^ - 0,625.
Для роликов рабочих рольгангов значение = 25 - 50.
Подпружинивание роликов уменьшает коэффициент динамичности в 4 - 5 раз.
Теплоизоляция подшипников роликов достигается установкой между осью и бандажом теплоизоляционных прокладок (например керамических). Для увеличения прочности роликов применяют многослойную навивку, располагая ее под бандажом.
С целью исключения чрезмерного нагрева роликов и их подшипников при транспортировке раскаленных заготовок используют внутреннее охлаждение роликов циркулирующей жидкостью.
Конструктивные особенности роликов. Наряду с роликами, имеющими опоры по обеим сторонам бочки, получили распространение консольные ролики (рис. 8.16.6), опоры которых расположены со стороны привода. Применение консольных роликов значительно упрощает сопряжение рольганга с примыкающими механизмами -конвейерами, перекладчиками, холодильниками и т.д.
Рис. 8.16.6. Консольный ролик стана 800 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - ролик; 2 - подшипниковая опора; 3 - цилиндрическая зубчатая передача; 4 - муфта; 5 - электродвигатель
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСТАНОВКИ ПРОКАТА НА РОЛЬГАНГАХ И УПОРЫ
743
В качестве опор роликов рольгангов в основном применяют сферические роликовые подшипники, обеспечивающие возможность прогиба роликов под нагрузкой.
Для надежной подачи в холодном состоянии стальных профилей в агрегаты линий адьюстажа (например, ножницы), а также для четкой фиксации профилей на рольганге применяют электромагнитные ролики [2], с помощью которых можно одновременно транспортировать несколько профилей, в отличие от тянущих роликов, осуществляющих их поштучное перемещение. В электромагнитных роликах под наружным цилиндрическим или профильным бандажом расположены катушки, питаемые постоянным током, который подводится через контактные кольца, установленные на неприводном конце ролика. Магнитное поле увеличивает силу сцепления транспортируемого металла с роликами.
Ролики рольгангов стационарно крепят на фундаменте или промежуточных рамах, однако они могут быть установлены и на различных механизмах (например, на поворотных или качающихся столах и подвижных тележках). В этом случае ролики применяют для изменения направления движения проката, подачи заготовок в валки 3-валковых клетей или их передачи с одной транспортной линии на другую.
8.16.2.	УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСТАНОВКИ ПРОКАТА НА РОЛЬГАНГАХ И УПОРЫ
Плавная остановка проката на рольганге осуществляется торможением роликов. Для быстрой фиксированной остановки применяют упоры, подразделяемые на два основных типа - передвижные и стационарные.
Передвижные упоры применяют для регулируемой остановки проката разной длины (например, при его разрезке на мерные длины на ножницах или пилах). Буферы передвижных упоров устанавливают с возможностью продольного перемещения упора вдоль транспортной линии с помощью винтового или реечного механизма. При сквозном транспортировании проката буфер поднимают над транспортной линией специальным приводом.
Опускающиеся упоры встраивают в рольганг для остановки проката перед технологическими агрегатами или устройствами поперечной передачи, расположенными вдоль транспортной линии. В типовых конструкциях опускающихся упоров предусмотрены выдвижные щиты, воспринимающие в поднятом положении ударные нагрузки.
При сквозном транспортировании проката щиты упоров утапливаются ниже верхнего уровня роликов рольганга. Ударные нагрузки останавливаемых заготовок воспринимают в упорах массивные подвижные буферы и амортизаторы, установленные в корпусе. В зависимости от размеров, массы и скорости проката упоры имеют один или несколько амортизаторов, в качестве которых применяют пружины или резинометаллические поглощающие аппараты.
Стационарные упоры. В концевом упоре рольганга толстолистового стана 5000 ПО "Ижорский завод" (рис. 8.16.7) для поглаще-ния энергии останавливаемых листов применен блок поглощающих аппаратов типа Р-2П ТУ 24.05.315-79, установленных двумя параллельными рядами по два в каждом ряду. Энергоемкость упора 39,7 кДж.
Пружинный амортизатор стационарного концевого упора трубопрокатного стана 140 (рис. 8.16.8) установлен между двумя подвижными шайбами, благодаря чему поглощает энергию останавливаемого проката, а также буфера при его возвращении в исходное положение. Энергоемкость упора 1,150 кДж.
Наиболее простую конструкцию имеет стационарный упор с амортизатором (рис. 8.16.9) в виде листовой рессоры С-образной формы, выполняющей одновременно функцию буфера. В упоре отсутствуют подвижные элементы, отпадает необходимость их смазывания. Энергоемкость упора 8 кДж, рабочий ход буфера 180 мм.
Приводы выдвижных щитов опускающихся упоров могут быть электромеханические, пневматические или гидравлические.
Опускающийся упор фирмы "Зак" (Германия), установленный на стане 700 Оскольского металлургического завода (рис. 8.16.10), имеет поршневой гидравлический привод подъема щита, опирающегося нижним ребром на ролики поворотного двуплечего рычага. Для удобства обслуживания привод подъема щита упора обычно располагают в стороне от упора. При этом связь привода с рычагом управления положением щита осуществляется через промежуточное соединение.
Двухщитовой опускающийся упор конструкции КО ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.11) предназначен для последовательной остановки на рольганге короткомерных заготовок с целью многорядного плотного заполнения примыкающего холодильника. Энергия, передаваемая обоими щитами, поглощается общим амортизатором. Массы щитов взаимно уравновешены. -
744
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Рис. 8.16.7. Стационарный концевой упор рольганга толстолистового стана 5000:
1 - ползун; 2 - поглощающий аппарат; 3 - корпус; 4 - распорный клин
Рис. 8.16.8. Концевой упор рольганга трубопрокатного стана конструкции КО ВНИИМЕТМАШ: 1 - корпус; 2 - накладка; 3 - буфер; 4 - шайба; 5 - корпус; 6 - амортизатор; 7 - втулка; 8 - кожух
Рис. 8.16.9. Концевой упор с листовым амортизатором: 1 - амортизатор; 2 - клин крепления амортизатора; 3 - корпус
УСТРОЙСТВА ДЛЯ ОСТАНОВКИ ПРОКАТА НА РОЛЬГАНГАХ И УПОРЫ
745
Рис. 8.16.10. Опускающийся упор фирмы "Зак” (Германия):
1 - рольганг; 2 - выдвижной щит; 3 - амортизатор; 4 - привод подъема щита; 5 - двуплечий поворотный рычаг
Рис. 8.16.11. Двухщитовой опускающийся упор конструкции КО ВНИИМЕТМАШ: 1 - щит; 2 - двуплечий рычаг; 3 - тяга; 4 - штанга; 5 - корпус; 6 - амортизатор; 7- буфер
746 Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Расчет энергоемкости упора. Энергоемкость Е (Дж) упора должна быть равна или превышать максимальную кинетическую энергию Ёп останавливаемого проката.
г
(8.16.11)
1де т - масса проката, кг, v - скорость проката в момент удара, м/с.
Энергоемкость (Дж) упоров с пружинными амортизаторами определяется выражением
2 I т)
ще S - максимальный рабочий ход буфера, м; Р\ - суммарная сила предварительного поджатия пружин, Н; Р2 - максимальная рабочая сила пружин в конце хода, Н; т\ - масса подвижных частей упора, кг.
Энергоемкость (Дж) упора с рессорным амортизатором
12jE ’	'
ще ст - допускаемые напряжения материала рессоры, Н/мм2; В и h - соответственно ширина и толщина рессоры, мм; R - радиус рессоры, м; v - коэффициент Пуассона, v = 0,3; Е - модуль упругости; Е = 2 • 105, Н/мм2.
Прогиб S (м) рессоры в направлении действия силы Р (Н) определяется выражением
(8ЛбЛ4) 1EJ
ще J - момент инерции сечения рессоры, м4.
8.16.3.	МАШИНЫ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА И ПЕРЕКЛАДЧИКИ
Машины для поперечного перемещения проката осуществляют перемещение проката между технологическими агрегатами в направлении, перпендикулярном к линии прокатки, а также между агрегатами на участках отделки. Широкое распространение на станах получили канатные и цепные транспортирующие конвейеры различной модификации, называемые шлепперами (от немецкого слова schleppen -волочить).
Преимущества шлепперов - простота конструкции и возможность перемещения проката на значительные расстояния. Недостатками этих устройств являются вытяжка и обрывы Гибких тянущих органов, а также ограниченные возможности перемещения проката в противоположных направлениях.
Канатные шлепперы состоят из ряда параллельных канатов, образующих замкнутые контуры, на верхних ветвях которых закреплены тележки с линейками или захватами, осуществляющими транспортирование проката волоком по настилу.
Тележки приводятся в движение приводными канатными барабанами, натяжение ветвей канатов осуществляется натяжными устройствами, расположенными с противоположной стороны шлеппера. При холостом (возвратном) ходе тележек их захваты (упоры) автоматически утапливаются при встрече с прокатом. Вместе с тем, применяют и различные механизмы управления положением захватов для обеспечения более маневренной работы шлеппера.
Тележки шлепперного транспортера фирмы "Шлеманн-Зи-маг АГ” (Германия) (рис. 8.16.12) выполняют реверсивное перемещение проката двумя утапливающимися кулачками, положением которых управляет через систему рычагов подвижная штанга.
Рис. 8.16.12. Шлепперная тележка для реверсивного перемещения проката:
1 - корпус; 2 - каток; 3 - направляющая; 4 - кулачек; 5 - линейка; 6 - рычаг линейки;
7 - штанга управления линейкой; 8 - рычаг подвески штанги; 9 - рычаг линейки; 10 - ролик
МАШИНЫ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА И ПЕРЕКЛАДЧИКИ	747
Для транспортирования проката без скольжения тележки шлепперов устанавливают на подъемных направляющих. В другом конструктивном решении тележки шлепперов (рис. 8.16.13) осуществляют транспортирование профилей без скольжения на стационарных направляющих с помощью опорных рычагов, встроенных в тележки. Положением опорного рычага управляет поворотный рычаг, связанный с канатом. При возвратном ходе тележек опорные рычаги находятся в опущенном положении.
Цепные шлепперы обычно работают в нереверсивном режиме. Они имеют более значительные массу и стоимость, чем канатные, но надежнее в эксплуатации. Цепные шлепперы применяют как для поперечного перемещения раскатов в процессе прокатки (например, между группами клетей непрерывно-заготовочных станов), так и при охлаждении заготовок.
Цепные шлепперы состоят из нескольких параллельных замкнутых цепей, охватывающих приводные и натяжные звездочки. Верхние ветви цепей движутся по направляющим, а нижние либо свободно провисают под действием собственной силы тяжести, либо имеют натяжение.
Тянущие цепи шлепперов снабжены жесткими или утапливающимися захватами, встроенными в звенья цепей и осуществляющими транспортирование проката по неподвижным направляющим. Шарнирные соединения звеньев цепей могут быть снабжены катками, при этом цепи перемещаются по направляющим без скольжения.
В отличие от цепных шлепперов, цепи которых передвигают металл по неподвижному настилу (из плит или рельсов), цепные конвейеры непосредственно воспринимают массу перемещаемого металла своими цепями, т.е. металл лежит на цепях, а не скользит по настилу.
Цепные транспортеры применяют в качестве холодильников листового и сортового проката.
Цепи конвейеров, перемещающих раскаленный прокат, подвержены значительным нагрузкам и термическим напряжениям. Их шарнирные соединения работают без смазки при воздействии обильно осыпающейся окалины. Это вызывает интенсивный износ тяговых органов, их деформацию и разрушение.
Поперечное перемещение круглого проката и труб в ряде случаев осуществляется шнековыми транспортирующими конвейерами, содержащими приводные параллельные валы со спиральной наружной поверхностью. Рабочие поверхности и направляющие шнеков подвержены интенсивному износу вследствие скольжения о транспортируемый прокат и от воздействия окалины.
В современном прокатном производстве для поперечного перемещения проката основное применение получили шагающие реечные транспортирующие конвейеры, свободные от недостатков шлепперных или шнековых транспортных устройств.
Конструкция конвейеров. Шагающие конвейеры, по сравнению со шлепперными, имеют более сложную конструкцию, значительную массу и энергоемкость, которые однако окупаются более высокой эксплуатационной надежностью.
Конструкции шагающих реечные конвейеров разнообразны. Наибольшее распространение получили шагающие транспортеры с неподвижными и одной или несколькими труппами подвижных реек, чередующихся с неподвижными. Шагающие конвейеры могут также иметь только подвижные труппы реек. Управление вертикальным и горизонтальным движением подвижных реек осуществляется либо общим, либо раздельными приводами.
Регулирование хода реек. В зависимости от сечения транспортируемого проката горизонтальный ход подвижных реек может быть регулируемым, а их движение происходить по круговой, эллиптической или прямоугольной траектории.
Рве. 8.16.13. Тележка шлеппера для перемещения профилей без скольжения:
1 - направляющие; 2 - тележка; 3 - поворотный рычаг; 4 - опорный рычаг; 5 - канат; 6 - упор
748
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Для привода подвижных реек применяют рычажные, эксцентриковые или эксцентриково-рычажные механизмы. Регулировка горизонтального хода реек осуществляется изменением угла поворота рычагов механизма горизонтального хода.
Узлы и детали привода шагающих конвейеров перемещающих большие массы проката, испытывают значительные статические и динамические нагрузки, снижение которых достигается при взаимном уравновешивании транспортирующих систем, а также сил, воспринимаемых приводным валом.
Для уменьшения мощности привода и нагрузок на механизмы применяют принцип последовательного транспортирования проката в течение рабочего цикла, например, в два этапа.
Перекладчики. Для поперечного перемещения проката чаще всего используют шагающие реечные перекладчики, конструкции которых так же разнообразны, как и конструкции шагающих реечных конвейеров.
В перекладчике заготовок стана 800 конструкции ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.14) вертикальным и горизонтальным движением подвижных балок управляют раздельные приводы. Вертикальные нагрузки от подвижных балок и транспортируемых заготовок, передаваемые через рычаги и тяги на приводной вал, на каждой паре противоположно развернутых эксцентриков взаимно уравновешены. При равномерной полной загрузке перекладчика опорные подшипники приводного вала практически разгружены от нагрузок, передаваемых транспортируемыми заготовками и подвижными балками.
Тяги, соединяющие Г-образные рычаги с бандажами эксцентриков, работают только на растяжение, все шарнирные соединения выполнены на подшипниках качения. Подвижные балки имеют незначительное вертикальное перемещение, а их горизонтальный ход можно регулировать в широком диапазоне. При раздельной работе приводов вертикального и горизонтального перемещений подвижные балки имеют прямоугольную траекторию движения.
Техническая характеристика перекладчика заготовок стана 800 конструкции
КО ВНИИМЕТМАШ
Длина транспортируемых заготовок, м......................... 3-4
Максимальная масса транспортируемых заготовок, т............ 90
Эксцентриситет эксцентриков 50 механизма вертикального перемещения подвижных балок, мм......
Число электромеханических при- 2 водов механизма вертикального перемещения....................
Передаточное число редуктора привода........................ 180
Мощность электродвигателей, кВт	2 х 11=22
Горизонтальный ход подвижных балок, мм...................... 400 - 700
Мощность электродвигателя при- 12 вода горизонтального перемещения балок, кВт.................
Скорость вертикального перемещения балок, м/с............... 0,013
Скорость горизонтального перемещения подвижных балок, м/с ... 0,04 - 0,21 Масса перекладчика, т.......... 52,3
Рис. 8.16.14. Перекладчик заготовок стана 800 (кинематическая схема):
1 - опорная балка; 2 - подвижная балка; 3 - Г-образный рычаг с роликом; 4 - тяга; 5 - вал; 6 - эксцентрик; 7 - привод; 8 - вал механизма горизонтального перемещения балок; 9 - тяга; 10 - привод
МАШИНЫ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРОКАТА И ПЕРЕКЛАДЧИКИ
749
Устройство для поперечной передачи проката с рольганга на холодильник (рис. 8.16.15) стана 800 имеет одновальный эксцентриковый привод. Опорные стойки движутся по овальной траектории. Их горизонтальный ход определяется соотношением плеч вертикального поворотного рычага от оси качания до точек соединения с опорными стойками и бандажом эксцентриков. Вертикальные силы на приводном валу от веса проката и транспортирующих элементов взаимно уравновешиваются. Шарнирные соединения выполнены на подшипниках качения. Устройство может работать в реверсивном режиме.
Техническая характеристика устройства для поперечной передачи проката
Максимальная масса перекладываемого проката, т.......................... 2,0
Эксцентриситет эксцентриков, мм...	75
Горизонтальный ход опорных стоек, мм 650
Цикл перекладки проката, с............ 7
Мощность электродвигателя привода, кВт................................. 6,7
Масса устройства, т.................. 9,8
Рис. 8.16.15. Перекладчик прокати стана 800 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - приводной вал; 2 - опорный эксцентрик; 3 - эксцентрик управления горизонтальным ходом;
4 - опорная балка; 5 - двуплечий рычат с роликами; 6 - вертикальный поворотный рычаг;
7 - поперечная траверса; 8 - тяга; 9 - опорная стойка; 10 - рольганг
750
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
8.16.4.	ХОЛОДИЛЬНИКИ ПРОКАТА
Холодильники, за исключением конструкций специального назначения» представляют собой транспортеры, осуществляющие поперечное перемещение проката в процессе его охлаждения в шаговом или непрерывном режиме. Являясь связующим звеном между линиями прокатки и участками адьюстажа, холодильники существенно влияют на производительность стана и качество проката. Виды холодильников, применяемых на различных типах прокатных станов, приведены в табл. 8.16.2.
Шлепперные холодильники имеют наиболее простую и достаточно надежную конструкцию. Такие холодильники по ширине обычно разбиты на две и более технологических зон, которые обслуживаются тележками с самостоятельными приводами. Тележки зоны загрузки снабжены линейками, сдвигающими прокат с рольганга на настил холодильника. В тележках второй зоны, или зоны разгрузки установлены утапливающиеся кулачки. На канатных шлепперных холодильниках заготовки перемещаются пакетами со скольжением по неподвижным направляющим. Это является их недостатком из-за ухудшения условий охлаждения и возможных повреждений поверхностей направляющих и заготовок.
Для исключения скольжения применяют несущие тележки или сцеп тележек, установленных на подъемных направляющих.
Цепные холодильники с несущими цепями применяют для охлаждения листового, сортового проката и труб. Перемещение проката осуществляется с регулируемыми зазорами и скоростью.
8.16.2. Виды холодильников, применяемых на различных типах прокатных станов
Типы станов	Применяемые холодильники
Заготовочные	Шлепперные канатные Реечные шагающие и кантующие
Сортовые	Шлепперные цепные Реечные шагающие и кантующие Роликовые
Листовые	Цепные с несущими цепями Шагающие реечные Дисковые Водяной резервуар
Трубные	Реечные шагающие и кантующие Цепные с встроенными захватами Шнековые
Роликовые холодильники состоят из развернутых в горизонтальной плоскости приводных роликов с регулируемой скоростью вращения. Холодильники этого типа применяют в основном для охлаждения сортового проката. Благодаря регулируемой скорости вращения роликов, возможна транспортировка профилей с зазорами и регулируемой скоростью.
Дисковые холодильники предназначены для перемещения и охлаждения листового проката. Эти холодильники состоят из параллельных приводных валов с цилиндрическими дисками, образующими транспортное поле. Диски смежных валов установлены в шахматном порядке с частичным перекрытием. Перемещение листов на дисковых холодильниках осуществляется без скольжения, благодаря чему исключено повреждение их поверхности.
Реечные шагающие холодильники, перемещающие прокат практически без скольжения с регулируемым зазором и скоростью, наиболее универсальны, что обуславливает их широкое распространение.
Транспортирование проката на реечных холодильниках проводится одной или несколькими группами подвижных реек с гладкими или зубчатыми несущими поверхностями. Траектория движения реек может быть круговой, эллиптической или прямоугольной. Для горизонтального и вертикального движения реек применяют общий привод или раздельные приводы с одним и более приводными валами.
В типовом реечном шагающем холодильнике сортового проката конструкции ЭЗТМ (рис. 8.16.16) подвижные зубчатые рейки чередующиеся с неподвижными, имеют двухвальный эксцентриковый привод и круговую траекторию движения. Синхронное вращение валов с эксцентриками осуществляется червячно-цилиндрическими редукторами, попарно связанными с общим электродвигателем.
Техническая характеристика типового реечного шагающего холодильника
Цикл поступления проката на холодильник, с.............. 20
Горизонтальный ход подвижных реек, мм.................... 180
Эксцентриситет эксцентриков, мм	90
Ширина холодильника	(по	осям	13,8
подводящего и отводящего рольгангов), м.....................
Длина холодильника, м.......... 128
Мощность электродвигателей привода подвижных реек, кВт.......	4x60=240
Передаточное число редукторов привода............................ 56
Масса охлаждаемого проката, т..	40
Масса холодильника, т............... 100
ХОЛОДИЛЬНИКИ ПРОКАТА
751
Рис.8.16.16. Реечный холодильник стана 700 конструкции ЭЗТМ:
1 - подводящий рольганг; 2 - подъемные клапаны; 3 - рихтовальные плиты; 4 - неподвижные рейки; 5 - подвижные рейки; 6 - эксцентрик; 7 - контргруз; 8 - червячно-цилиндрический редуктор;
9 - промежуточный вал; 10 - разгрузочное устройство; 11 - отводящий рольганг
Вреечном холодильнике стана 500 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.17) для движения подвижных реек применен одновальный эксцентриковый привод. Горизонтальным и вертикальным движением реек управляют эксцентрики с различным эксцентриситетом [8]. Эксцентриситет г эксцентриков вертикального перемещения реек принят минимально необходимым для переноса проката через зубья неподвижных реек. Эксцентриситет R эксцентриков горизонтального хода определяется шагом зубьев реек и превышает эксцентриситет эксцентриков вертикального хода.
Для обеспечения надежного переноса проката через вершины неравнобоких зубьев неподвижных реек эксцентрики горизонтального хода развернуты относительно вертикали на угол а = 5 - 15°.
В приводах использованы цилиндрические редукторы.
Техническая характеристика реечного холодильника стана 500
Максимальная масса проката на холодильнике, т.................... 180
Масса подвижных реек, т........	60
Эксцентриситет эксцентриков, мм: вертикального перемещения ...	40
горизонтального перемещения	75
Шаг зубьев реек, мм.................. 150
Цикл загрузки холодильника, с ....	20
Мощность электродвигателей приводов, кВт....................... 2x60=120
Передаточное число редукторов приводов............................ 50
Число приводов................. 2
Ширина холодильника (по осям подводящего и отводящего рольгангов), м........................ 10,3
Длина холодильника, м.......... 66
Схема реечного холодильника КО ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.18) основана на принципе взаимного уравновешивания двух секций подвижных реек, установленных последовательно и транспортирующих заготовки попеременно. За каждую половину оборота приводного вала перемещается только половина массы охлаждаемого проката. Благодаря взаимному уравновешиванию секций и транспортированию проката частями, достигается более чем двухкратное снижение мощности привода по сравнению с холодильниками традиционного типа с неуравновешенными транспортирующими рейками, перемещающими одновременно всю массу проката.
Вертикальные нагрузки на эксцентрики приводного вала частично уравновешены, а при установившемся режиме работы и полной загрузке холодильника опорные подшипники вала практически полностью разгружены.
Секции подвижных реек холодильника стана 800 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.19) установлены по обеим сторонам приводного вала, взаимно уравновешены (см. рис. 8.16.18) и имеют эллиптическую траекторию движения с увеличенным горизонтальным ходом. Горизонтальное и вертикальное движения обеих секций осуществляются от общего привода через разные кинематические цепи. Загрузка и разгрузка холодильника выполняется перекладчиками. Циклы движения секций подвижных реек смещены на 180°, поэтому за каждую половину оборота приводного вала перемещается половина всей массы проката. Нагрузки на приводном валу от масс транспортируемого проката и секций подвижных реек частично уравновешены.
Вертикальным движением обеих секций подвижных реек управляют эксцентрики, развернутые в одну сторону, горизонтальным
752
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Рис. 8.16.17. Реечный холодильник стана 500 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - подводящий рольганг; 2 - подъемные клапаны; 3 - неподвижные рейки; 4 - подвижные рейки;
5 - поперечные траверсы; 6 - опорные балки; 7 - отводящий рольганг; 8 - опорный эксцентрик;
9 - эксцентрик управления Г-образными рычагами; 10 - приводной вал; 11 и 13 - Г-образные рычаги;
12 - тяга; 14 - опорный ролик; 15 - эксцентрик управления горизонтальным ходом реек;
16 - вертикальные направляющие; г и R - эксцентриситеты эксцентриков соответственно вертикального и горизонтального ходов реек; а = 5 - 15° - угол разворота эксцентриков горизонтального хода реек
Рис. 8.16.18. Кинематическая схема привода секций подвижных реек холодильника и распределение нагрузок: Q - масса транспортируемого проката, воспринимаемая опорой секции;
G - масса секции подвижных реек, передаваемая на опору
КАНТУЮЩИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
753

Рис. 8.16.19. Реечный холодильник стана 800 конструкции КО ВНИИМЕТМАШ:
1 - разгрузочное устройство; 2 и 7 - секции подвижных реек; 3 - Г-образный рычаг с опорным роликом; 4 тл 5- рычаги управления горизонтальным ходом секций подвижных реек; 6 - неподвижные рейки;
8 - загрузочное устройство; 9 - эксцентрик управления вертикальным движением реек; 10 - приводной вал
движением секций - вертикальные рычаги со встроенными эксцентриками. Горизонтальный ход секций зависит от соотношения плеч рычагов относительно точек их качения.
Техническая характеристика секций подвижных реек холодильника стана 800
Длина охлаждаемых профилей, м 10 Ширина холодильника (по осям подводящего и отводящего рольгангов), м..................... 20
Максимальные массы, т: проката на холодильнике........	138
одновременно транспортируемого проката..................... 70
Цикл работы холодильника, с....	7
Эксцентриситеты эксцентриков, мм: управления вертикальным движением секций реек..........	75
рычагов горизонтального перемещения секций реек.......	75
Горизонтальный ход секций подвижных реек, мм.................... 400
Шаг зубьев реек, мм................. 400
Передаточное число редукторов приводов........................... 112
Мощность электродвигателей приводов, кВт....................... 2x32=64
Число приводов....................... 2
Масса холодильника (без загрузочного и разгрузочного устройств), т..................... 152
Гидравлические приводы. В приведенных конструкциях шагающих реечных холодильников перемещение подвижных реек осуществляется электромеханическими приводами, достаточно простыми и надежными в любых климатических условиях. Наряду с этими видами приводов, могут быть использованы другие типы приводов, например, гидравлические (рис. 8.16.20), применение которых упрощает конструкцию холодильника и уменьшает его массу. Однако гидравлические приводы требуют более тщательного обслуживания, особенно в холодное время года, что ограничивает их широкое применение.
8.16.5.	КАНТУЮЩИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
Общие сведения. Охлаждение проката на реечных шагающих холодильниках, несмотря на более благоприятные условия теплоотдачи, по сравнению с шлепперными холодильниками, протекает неравномерно. Например, теплоотдача • верхних и нижних поверхностей квадратных прутков соответственно на 20 % выше и на 10 % ниже теплоотдачи их боковых поверхностей. Наиболее эффективное равномерное охлаждение сортового проката и заготовок достигается при их постоянном вращении вокруг продольной оси в процессе охлаждения, т.е. кантовки.
Для перемещения проката с кантовкой широко применяют кантующие реечные холодильники, отличающиеся от шагающих профилем зубьев реек и формой траектории их движения. После охлаждения на кантующем реечном холодильнике профили, как правило, не нуждаются в дополнительной правке.
754
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
б)
Рис. 8.16.20. Кантующий реечный холодильник (а) фирмы "Даннелли" (Италия) и профили зубьев неподвижных и подвижных реек (б):
1 - неподвижные рейки; 2 - подвижные рейки; 3 - поворотный рычаг с роликом; 4 - тяга; 5 - гидроцилиндр горизонтального перемещения реек; 6 - тяга;
7 - гидроцилиндр вертикального перемещения реек
Кантующие реечные холодильники выполняют с одной, двумя и более системами подвижных реек.
Реечный кантующий холодильник фирмы "Даннелли" (Италия) заготовочного стана, установленного в г. Жлобине, имеет одну систему подвижных реек, чередующихся с неподвижными (см. рис. 8.16.20). Вертикальным и горизонтальным движениями подвижных реек управляют раздельные гидравлические приводы. Горизонтальный ход реек регулируют в
зависимости от сечения транспортируемых заготовок.
Кантующий холодильник заготовок фирмы "СМС" (Германия). Подвижные рейки этого холодильника установлены на двухзвенных ломающихся рычагах и имеют одновальный привод их вертикального и горизонтального движений (рис. 8.16.21). Применение ломающихся рычагов обеспечивает уменьшение и силы, необходимой для подъема подвижных частей и снижение мощности привода.
КАНТУЮЩИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
755
Рис. 8.16.21. Кинематическая схема привода подвижных реек кантующего холодильника фирмы "СМС" (Германия):
I - подвижные рейки; 2 - двузвенный рычаг вертикального движения реек; 3 - тяга, 4 - рычаг управления горизонтальным ходом реек; 5 - кривошипно-шатунный привод, 6 - загрузочное устройство
Кантующий реечный холодильник фирмы "Хостемберг и КлютпГ (Германия) (рис. 8.16.22) содержит две группы взаимно уравновешенных зубчатых реек с одновальным эксцентриковым приводом.
Эксцентрики, управляющие горизонтальным движением реек, развернуты друг относительно друга на 180°, а относительно эксцентрика вертикального движения - на 190°. Рейки обеих групп движутся по эллиптическим траекториям со смещенным на 180° циклом.
Кантующий холодильник конструкции КО ВНИИМЕТМАШ, содержащий неподвижные рейки с крупными зубьями треугольной формы и подвижные рейки с пологими зубьями и круговой траекторией движения (рис. 8.16.23), обеспечивает надежную кантовку заготовок широкого диапазона сечений, так как центр их тяжести переносится через вершину зубьев неподвижных реек. Траектория движения впадин между зубьями подвижных реек проходит через впадины между зубьями неподвижных реек и их вершины, т.е. длина передней грани зубьев неподвижных реек равна удвоенному эксцентриситету г эксцентриков приводного вала. Мощность привода холодильника может быть значительно уменьшена при обеспечении возможности движения по вертикали для реек с крупными зубьями.
Холодильник фирмы "Шлеманн-Зимаг” (Германия). Длительность охлаждения проката на кантующих холодильниках по сравнению с продолжительностью охлаждения на шлеппер-ных холодильниках сокращается примерно в 2 раза. Однако при транспортировании заготовок минимального сечения площадь холодильника используется недостаточно эффективно. Повышение плотности заполнения холодильника достигается в результате выполнения несущих поверхностей реек с комбини-
Рис. 8.16.22. Схемы механизмов для вертикального (а) и горизонтального (б) привода секций транспортирующих реек кантующего холодильника фирмы "Хостемберг и КлютпГ (Германия); профиль зубьев транспортирующих реек и стадии кантовки заготовок (в)
756
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Рис. 8.16.23. Профиля зубьев реек кантующего холодильника КО ВНИИМЕТМАШ и процесс кантовки заготовок:
1 и 2 - зубья соответственно неподвижных и подвижных реек; а - скос подвижных реек; А и Б - соседние зубья неподвижных реек;
г - эксцентриситет эксцентриков привода движения реек; t - шаг зубьев реек
рованным профилем, сочетающим гладкие и зубчатые участки, на которых транспортируются заготовки соответственно с минимальным зазором и с кантовкой (рис. 8.16.24).
Искривление проката происходит в начальный период охлаждения при высокой пластичности металла. После снижения температуры ниже 700° С заготовки уже не подвержены пластической деформации и могут транспортироваться любым способом, например, шлепперным устройством.
Комбинированный холодильник фирмы "Шлеманн-Зимаг” (Германия) объединяет преимущества кантующего и шлепперного холодильников. В начальный период процесса заготовки равномерно охлаждаются на реечном кантующем устройстве и затем транспортируются канатным шлеппером. Благодаря кантовке достигается равномерное ускоренное охлаждение проката, а при транспортировании пакетами на шлепперном транспортирующем конвейере обеспечивается максимальная плотность заполнения холодильника даже при
минимальном сечении заготовок. Ширина кантующего устройства составляет третью часть общей ширины холодильника.
Расчет холодильника. Ширина В (м) холодильника является основным параметром, определяющим степень охлаждения проката, и рассчитывается по формуле
5= 10005%0L	(81615)
tgn
где W - производительность стана, т/ч; -шаг транспортировки профилей, м; т - продолжительность охлаждения проката в интервале температур - /2, ч; / - длина проката, м; g - масса погонного метра профиля, кг; п -число загружаемых холодильников.
Таким образом, размеры холодильника определяются, в основном, длительностью охлаждения проката в заданном температурном интервале, который зависит от вида проката и может изменяться в широком диапазоне.
КАНТУЮЩИЕ ХОЛОДИЛЬНИКИ
757
Рис. 8.16.24. Схема кантующего холодильника фирмы "Шлеманн-Зимаг" (Германия) с чередованием плоских и зубчатых участков несущих поверхностей реек:
1 - подводящий рольганг; 2 - загрузочное устройство; 3 - зона кантовки заготовок; 4 - привод;
5 - участок шаговой транспортировки заготовок; 6 - разгрузочное устройство; 7 - пакетирующее устройство
Например, заготовки, прокатываемые на непрерывно-заготовочных станах, охлаждаются на холодильниках до температуры 300 -400 °C; сортовой и листовой прокат, подлежащий контролю и отделке, охлаждается до температуры ниже 100 °C. Многообразие факторов, влияющих на длительность охлаждения проката, обуславливает существенное расхождение результатов теоретических расчетов и экспериментальных исследований.
Экспериментальные кривые охлаждения круглых и квадратных заготовок на шлеппер-ных и кантующих реечных холодильниках приведены на рис. 8.16.25. Уточненный расчет длительности т (мин) охлаждения проката с учетом теплоотдачи излучением и конвекцией, а также относительного расположения профилей на холодильнике выполняют по формуле t бОбЬЮ8 ?____________dT____________
'= VFC /г4_г4+аТ1О8_«7о1О8’ и с<р Сер
(8.16.16)
тде G - масса заготовки, кг, с - удельная теплоемкость проката, Дж/(кг • град); ф - угловой коэффициент, характеризующий взаимный теплообмен заготовок; F - площадь теплоотдающих поверхностей, м2; С - постоянная лучеиспускания, Дж/(м2 • ч • К); Т и То - температуры соответственно охлаждаемого прока
та и теплоносителя, К; 7\ и Т2 - начальная и конечная температуры интервала охлаждения проката, К; а - коэффициент конвективной теплоотдачи, Дж/(м2 • ч • К).
Результаты расчета длительности охлаждения круглого и квадратного прокатов сечением 20 - 120 мм в интервале температур 900 -100 °C при различных зазорах между профилями, выполненного на ЭВМ, изложены в работе [4].
Для ориентировочных расчетов длительности охлаждения проката могут быть использованы эмпирические зависимости и номограммы [1], полученные на основании математической обработки экспериментальных данных.
Продолжительность охлаждения проката, особенно крупносортного, в естественных условиях достаточно велика, что требует установки значительного числа холодильников для обеспечения бесперебойной работы стана.
Учитывая высокую стоимость холодильников и их большие габаритные размеры, целесообразно широкое применение режимов форсированного охлаждения проката с использованием обдува скоростным потоком воздуха (принудительная конвекция), водяным туманом, орошения водяными струями, либо погружения в жидкостные резервуары [И]. Повышение эффективности охлаждения проката достигается также за счет оптимальной конструкции здания цеха, приточно-вытяжных проемов и рационального расположения холодильников.
758
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Рис. 8.16.25. Экспериментальные кривые охлаждения (фирма "Кестере", Германия):
а - круглого проката диаметром 40 - 120 мм на шлепперном холодильнике;
б - квадратных заготовок со стороной 80 мм на холодильниках: 1 - шлепперном; 2 - кантующем реечном;
в - квадратных заготовок со стороной 100 мм на холодильниках:
1 - шлепперном; 2 - кантующем реечном; 3 - кантующем при форсированном режиме охлаждения
8.16.6. ТОЛКАТЕЛИ И МАНИПУЛЯТОРЫ
Толкатели предназначены для загрузки нагревательных печей, холодильников, передаточных устройств, сброса проката в карманы, а также для проталкивания заготовок по подинам печей либо стеллажам.
По конструкции толкатели могут быть реечными, рычажными, винтовыми с механическим или гидравлическим приводом. Наибольшее распространение получили реечные и рычажные толкатели.
Реечные толкатели имеют значительный регулируемый ход и состоят из двух корпусов с приводными шестернями и опорными роликами. В корпусах установлены выдвижные штанги с рейками, входящими в зацепление с приводными шестернями. Передние концы штанг соединены траверсой, на которой установлены толкающие пальцы. Эти пальцы могут поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскостях в случае столкновения с прокатом при обратном ходе штанг. При незначительной длине сталкиваемого
проката ширину толкателя можно уменьшить, располагая подвижные штанги с внешних сторон общего привода, у которого приводные шестерни и опорные ролики выполнены консольными.
Для повышения надежности работы толкателей целесообразно исключить возможность столкновения толкающих пальцев при их обратном ходе с поступающим по рольгангу прокатом.
В реечном толкателе (рис. 8.16.26) конструкции КО ВНИИМЕТМАШ, предназначенном для загрузки термической печи, предусмотрен автоматический подъем толкающих рычагов над рольгангом при их обратном ходе, что исключает возможность столкновения с прокатом, движущимся по рольгангу. Управление толкающими рычагами, закрепленными на поворотной траверсе, осуществляется консольным рычагом с роликом, взаимодействующим с копиркой направляющей и через кулачки - с поворотной траверсой.
ТОЛКАТЕЛИ И МАНИПУЛЯТОРЫ
759
Рис. 8.16.26. Реечный толкатель конструкции КО ВНИИМЕТМАШ с автоматическим подъемом толкающих рычагов при обратном ходе:
1 - стеллаж; 2 - подводящий рольганг; 3 - копирная направляющая; 4 - толкающий рычаг;
5 - поворотная траверса; 6 - консольный рычаг с роликом; 7- выдвижная штанга с зубчатой рейкой; 8 - опорный ролик; 9 - корпус с приводной шестерней и опорным роликом; 10 - кожух
Техническая характеристика реечного толкателя конструкции КО ВНИИМЕТМАШ
Сечение сталкиваемых
заготовок, мм		80 х (80 - 200) х 200
Длина заготовок, м		1,5 - 6
Сила сталкивания, кН	10
Рабочий ход штанг, мм Скорость движения штанг, м/с:	2600
при толкании заготовок 		0,7
при обратном ходе	1,04
Мощность электродвигателя, кВт		12
Клинкен-шлепперы - разновидность рычажных толкателей - осуществляют дискретное шаговое перемещение проката кулачками, последовательно установленными на штангах, совершающих возвратно-поступательное движение от кривошипно-шатунного либо рычажного механизма. При возвратном ходе штанг кулачки, встречаясь с прокатом, лежащем на стеллаже, автоматически утапливаются. При установке на клинкен-шлеппере дополнительных штанг со смещенным на 180° циклом движения достигается практически непрерывная транспортировка проката по настилу.
Стялкиватели. В сталкивателе слябов перемещение проката в противоположных направлениях осуществляется двумя рядами толкающих рычагов, снабженных приводами ввода в рабочее положение и вывода из него при изменении направления сталкивания.
Рычажные сталкиватели с электромеханическим или гидравлическим приводом, по сравнению с реечными сталки-вателями, имеют более простую и легкую конструкцию, что обусловило их широкое применение для перемещения проката на небольшое
расстояние, которое определяется размерами рычагов и утлом их поворота.
Рычажный сталкиватель конструкции КО ВНИИМЕТМАШ (рис. 8.16.27) может работать в реверсивном режиме, а также выполнять одностороннее смещение проката (например, с рольганга на настил холодильника). Перемещение проката осуществляется двумя группами рычагов, опирающихся на эксцентрики, развернутые друг относительно друга на 180° и закрепленные на приводном валу. При холостом ходе рычаги движутся ниже уровня рольганга, не препятствуя транспортировке проката. Сталкиватель имеет уменьшенный цикл работы, так как потери времени на холостой ход рычагов исключены из процесса.
Рис. 8.16.27. Рычажный сталкиватель проката двустороннего действия:
1 - рольганг; 2 и 3 - рычаги; 4 - эксцентрик; 5 - приводной вал; 6 - ролик;
7 - направляющие ролика; 8 - стеллаж
760
Глава 8.16. МАШИНЫ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОКАТА
Манипуляторы предназначены для правки, кантовки и поперечного перемещения раскатов на рольганге при подаче их в калибры валков реверсивных клетей.
Типовая конструкция манипулятора [6] обжимного стана имеет две продольные линейки, установленные вдоль оси рольганга с возможностью поперечного перемещения от раздельных приводов. В линейки встроены кантующие рычаги с приводом, осуществляющие кантовку раската перед подачей в калибр.
Центрирующие устройства, предназначенные для ориентирования проката на рольганге, устанавливают перед клетями листовых станов, а также перед зачистными, клеймовоч-ными и другими машинами. Линейки центрирующих устройств (рис. 8.16.28) имеют общий привод и совершают синхронное движение в противоположных направлениях для установки проката по осевой линии рольганга.
Расчет толкателей. Силу Р (Н) необходимую для перемещения проката, определяют по формуле
P =	(8.16.17)
где Q - вес проката, Н; ц - коэффициент тренья скольжения проката о направляющие; ц составляет 0,4 - 0,6 для горячего проката и 0,25 - 0,35 для холодного проката.
Мощность N (кВт) электродвигателя для привода толкателя определяется из выражения
Ру
N =-------—,	(8.16.18)
1000т)^п ’
где Р - сила, необходимая для перемещения проката, Н; v - скорость перемещения проката, м/с; л - КПД привода; Кп - коэффициент перегрузки двигателя.
Рис. 8.16.28. Центрирующие линейки листового стана:
1 и 2 - реечные штанги; 3 - опорный ролик;
4 - приводная шестерня; 5 - линейка;
6 - опорный ролик; 7 - лист; 8 - направляющие;
9- рольганг
8.16.7. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ТОРМОЖЕНИЯ ПРОКАТА И ЗАГРУЗКИ ХОЛОДИЛЬНИКОВ МЕЛКОСОРТНЫХ СТАНОВ
Тормозные и передающие устройства. Опускающиеся и концевые упоры, рассмотренные ранее, применяют, в основном, для остановки заготовок, листов и крупносортного проката, движущихся с невысокой скоростью. Ограничением для применения упоров является деформация проката при ударе о щит упора. Чем меньше сечение профиля и выше его температура и скорость движения, тем больше вероятность искривления и потери ориентации движения при ударе.
Для передачи на холодильник заготовок, движущихся непрерывно после разрезки раската на летучих ножницах, с успехом применяют консольные приводные ролики с винтовыми ребрами по периметру, встроенные между роликами подводящего рольганга [12].
Профили, охлаждаемые на холодильниках мелкосортных станов, имеют значительную длину, достигающую 100 м и более, небольшое сечение и на холодильник поступают со скоростью 10-30 м/с. Для торможения мелкосортного проката перед передачей на холодильник применяют различные тормозные устройства: подъемные клапаны, прижимные фрикционные башмаки, подающие ролики, электромагниты, желоба, воронки и т.д. Профили, движущиеся непрерывно после разрезки раската на летучих ножницах, обычно направляют на несколько параллельных тормозных линий, для чего используют переводные стрелки, распределительные устройства, в частности вращающиеся распределительные конусы.
Подводящие рольганги холодильников мелкосортного проката состоят из наклонных в вертикальной плоскости консольных или двухопорных роликов с индивидуальным приводом, между которыми встроены подъемные тормозные клапаны, осуществляющие отрыв профиля от рольганга, его торможение и передачу на рихтовальные листы в зону работы подвижных реек холодильника.
В подводящем рольганге с устройством для торможения проката (рис. 8.16.29) фирмы "Маннесманн" (Германия) подъемные тормозные клапаны, установленные между наклонными роликами рольганга, имеют ступенчатую опорную поверхность и обеспечивают одновременный съем прутков с рольганга и передачу предыдущего профиля из впадины рихтовальных плит на рейки холодильника.
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ НОЖНИЦ
761
Рис. 8.16.29. Устройство для торможения проката и загрузки холодильника сортового стана фирмы "Маннесманн" (Германия):
1 - рейки холодильника; 2 - рихтовальные плиты;
3 - подъемный клапан; 4 - ролик рольганга;
5 - стационарные плиты; 6 - привод подъема клапана
Электромагнитное торможение. Эффективность торможения проката на клапанах и в рихтовальном желобе может быть на 30 - 50 % увеличена в результате применения электромагнитов, увеличивающих силу прижатия профилей в плоскости торможения. Электромагнитное торможение целесообразно применять при уменьшении температуры проката ниже 650 °C, т.е. после восстановления магнитных свойств железа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Вакула Л. А., Пацека И. Е., Дорофеева Н. П., Илыопко В. Н. Определение температурно-временных параметров охлаждения проката на холодильниках / Черная металлургия: Бюллетень научно-технической информации. М.: ЦНИИТЭИЧЕРМЕТ, 1987. Вып. 23 (1051). С. 43 - 46.
2.	Глазков В. С. Машины непрерывного транспортирования для прокатных станов. М.: Металлургия, 1979. 248 с.
3.	Дрозд В. Г., Лямин Г. Н., Хорьков В. Б. Оборудование и процессы для ускоренного охлаждения проката. М.: НИИИНФОРМ-ТЯЖМАШ, 1977. Металлургическое оборудование. № 32. 49 с.
4.	Дрозд В. Г., Хорьков В. Б., Бобров Л. М., Пальмин А. Д. Теоретическое определение продолжительности охлаждения сортового проката // Исследование, расчеты и конструирование машин металлургического производства: Сб. науч. тр. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1960. 166 с.
5.	Ковтушенко А. А., Тыртов А. С. Выбор основных параметров реечных холодильников.
М.: НИИНФОРМТЯЖМАШ, 1975. Оборудование для прокатного производства. № 1-73-45. 45 с.
6.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных и трубных цехов. М.: Металлургия, 1987. 480 с.
7.	Новое в металлургии. ФРГ, 1987. № 10. С. 382 - 388.
8.	Хорьков В. Б., Бобров Л. М. Транспортирующие устройства прокатных станов. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1986. 32 с. (Металлургическое оборудование; Сер. 1; Вып. 4).
9.	Хорьков В. Б., Бобров Л. М. Перспективы развития устройств для охлаждения сортового проката и заготовок. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1985. 40 с. (Металлургическое оборудование; Сер. 1; Вып. 5).
10.	Хорьков В. Б., Бобров Л. М. Устройства и процессы ускоренного охлаждения проката и утилизации тепла в СССР и за рубежом. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1988. 40 с. (Металлургическое оборудование; Сер. 1; Выл. 8).
11.	Хорьков В. Б. Реечный холодильник проката // Тяжелое машиностроение, 1991. № 4. С. 12 - 14.
12.	Шубе Д., Розехорн Ю. Мелкосортный стан с холодильником / Проволока. ФРГ, 1983. Т. 34. № 11. С. 529 - 532.
Глава 8.17
НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
8.17.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ НОЖНИЦ
В цехах непрерывной разливки стали, прокатных, кузнечных, а также на базах и скрапных дворах переработки металлолома для разделения скрапа, заготовок и товарного проката применяют ножницы, осуществляющие резание сдвигом частей металла между двумя ножами, сближающимися по заданной механизмом резания траектории.
По назначению ножницы подразделяют на две группы (табл. 8.17.1) - ножницы поперечной резки и ножницы продольной резки. Ножницы первой группы, у которых плоскость резания перпендикулярна к направлению подачи металла, отличаются большим конструктивным разнообразием и предназначены для разрезки металла в неподвижном состоянии (стационарные ножницы), а также в процессе его движения (летучие ножницы). Продольную резку, в основном листового и полосового проката в процессе его движения, осуществляют на дисковых ножницах, плоскость резания которых совпадает с направлением подачи металла. Стационарные ножницы для продольной и поперечной резки неподвижного проката мало отличаются по конструкции.
762
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
8.17.1.	Классификация ножниц металлургических цехов
Классификация ножниц по назначению	Конструктивные особенности ножниц
I. Ножницы но А. Стационар Разрезка блюмов и слябов в потоке обжимных станов	неречной резки жые ножницы С плавающими ножами и нижним резом
Разрезка заготовок в потоке станов и кузнечных цехах	С верхним или нижним резом и параллельными или качающимися ножами
Разрезка сортового проката и фланцевых профилей в потоке сортовых станов	Гильотинные с верхним резом Со сложной кинематикой движения ножевых калибров
Разрезка листов и полос в потоке листовых станов	Гильотинные с верхним и нижним резом С катящимся резом
Разрезка скрапа в цехах переработки немерного разнородного металлолома	Гильотинные с верхним резом Аллигаторные
Б. Летучи Разрезка заготовок в потоке машин непрерывного литья заготовок	е ножницы Возвратно-поступательные Качающиеся
Разрезка заготовок в потоке непрерывных заготовочных станов	Качающиеся Кривошипно-коромысловые Планетарные
Разрезка сортового проката и гнутых профилей в потоках непрерывных сортовых станов и профилегибочных агрегатов	Барабанные Кривошипно-коромысловые
Разрезка листов и полос в потоках станов и агрегатов поперечной резки	Барабанные Кривошипно-коромысловые и качающиеся
Разрезка катанки в потоке непрерывных проволочных станов и труб в агрегатах производства труб бесшовных и печной сварки	Барабанные Дисковые Кривошипно-коромысловые
П. Ножницы ц А. Разрезка деим Разрезка спаренных прокатанных сортовых профилей	родолыюй резки сущегося проката Специально калиброванные валки сортовых станов
Обрезка боковых кромок лент, полос и листов	Двухпарные дисковые
Раскрой по ширине лент, полос и листов	Многопарные дисковые
Б. Разрезка непо< Обрезка боковых кромок листов	движного проката Гильотинные с верхним резом С катящимся резом дуговыми ножами
Разрезка листов по ширине	Гильотинные с верхним резом С катящимся резом дуговыми ножами
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ НОЖНИЦ
763
Стационарные ножницы поперечной резки. Для р а з р е з к и блумов, слябов и заготовок квадратного и прямоугольного сечения, а также скрапа применяют ножницы с параллельными кромками ножей и прямолинейным 1 движением режущих суппортов. Процесс резания осуществляется в результате движения либо верхнего, либо нижнего ножа.
Для стационарной разрезки сутунок, листов и пачек сортового проката в горячем и холодном состоянии применяют ножницы с наклонными ножами, при угле наклона которых 0,5 -5° можно снизить силу резания.
При прямолинейной траектории движения верхнего или нижнего ножа толстые листы подвергаются изгибу, при котором значение остаточной кривизны превышает допустимое по плоскостности. Поэтому для I качественной разрезки толстолистового проката применяют ножницы с криволинейным плоским движением дугообразного ножа по плоскому ножу, получивших название ножниц с катящимся резам. В этих ножницах резание осуществляется между неподвижным нижним прямым ножом и движущимся по сложной траектории верхним ножом, режущая кромка которого выполнена по дуге большого радиуса или близкой к окружности кривой. Кинематика движения режущего суппорта обеспечивает снижение силы резания в результате сокращения длины участка контакта ножей с металлом и отсутствия изгиба отрезаемой части листа.
Для качественной разрезки фланцевых профилей типа швеллера, тавра и двутавра на крупносортных станах применяют ножницы с ножами, выполненными в виде разъемных калибров, охватывающих разрезаемый профиль по контуру и движущихся при резе под углом, близким к 45° по отношению к стенкам и полкам профиля. Кинематика механизма резания, работающего от одного привода, позволяет вначале закрыть ножевые калибры движением, параллельным полкам профиля, а затем повернуть траекторию на 45° при разделении проката.
Для разрезки немерного разнородного металлолома в шихту используют ножницы с криволинейным движением ножей, имеющих прямолинейные режущие кромки. Такие ножницы называют аллигаторными.
Летучие ножницы поперечной резки используют в линиях машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), прокатных станов и отделки проката для обрезки концов и деления проката и заготовок на товарные или кратные им длины.
Разрезка заготовок сечением до 500 см2 на мерные длины (применяют для МНЛЗ). Для этого используют возвратно-поступательные ножницы с движущейся по роликовым направляющим по ходу движения металла со скоростью до 4 м/мин рамой, в которой закреплен режущий суппорт. Механизмы резания и возврата режущей каретки приводятся в движение от гидропривода.
Качающиеся ножницы состоят из рамы с движущимся в ней режущим суппортом, совершающей качательное движение в направлении перемещения металла при разрезке заготовки и возврат по окончании работы механизма резания. Эти ножницы получили название маятниковых в случае верхней подвески рамы. Такие ножницы оборудованы либо гидравлическим приводом механизма резания, либо - импульсным с использованием энергии сгорания смеси из горючего газа и кислорода в закрытом объеме поршневого цилиндра.
Для отрезки концов проката сечением до 250 см2 и аварийной разрезки на заготовочных и крупносортных станах при скорости движения проката до 2,5 м/с используют более быстроходные маятниковые ножницы с электромеханическим приводом механизма резания. Применение таких ножниц на многоручьевых МНЛЗ затруднено из-за малого расстояния между ручьями.
Качающиеся ножницы с нижней подвеской рамы и механизмом принудительного ее качания применяют для разрезки полос как в горячем, так и в холодном состоянии.
Имеется положительный опыт эксплуатации гидравлических качающихся ножниц на МНЛЗ (созданы на Уралмашзаводе) для разрезки непрерывно л итых слябов (сечением до 4500 см2) при скорости движения слитка до 0,7 м/мин. Однако дальнейшего распространения разрезка слябов ножницами в линиях МНЛЗ не получила, так как она не имеет ощутимых экономических преимуществ по сравнению с газовой резкой.
Качающиеся ножницы являются наиболее универсальным режущий средством для агрегатов перечной разрезки холодно- и горячекатаных полос из стали и алюминия вследствие высокого качества поверхности реза, жесткого допуска по длине отрезаемых листов, широкого диапазона длин отрезаемых листов и приемлемой скоростью движения полос в агрегате, достигающей 2 м/с для тонких полос толщиной 0,12 - 3,2 мм и 1,3 м/с для толстых полос толщиной 3,5 - 9 мм.
Для обрезки концов раската и разрезки его на мерные длины в линиях заготовочных и сортовых станов, а также в агрегатах для
764
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
разрезки горячекатаных полос и тонкостенных открытых профилей применяют кривошипно-коромысловые ножницы. Режущий механизм этих ножниц состоит из двух зеркально расположенных четырехзвенных механизмов, на шатунах которых закреплены ножи. Шатуны совершают в зоне резания движение, близкое к плоскопараллельному.
Существует ряд модификаций кривошипно-коромысловых ножниц. При равных длинах звеньев шатун-стойка и кривошип-коромысло механизм превращается в паралле-лограммный с двумя замкнутыми зубчатыми передачами с передаточным отношением, равным единице, кривошипами, несущими шатуны-спарники с закрепленными на них ножами. Строго параллельное движение ножей в этих ножницах позволяет использовать их для разрезки тонкостенных открытых профилей в линиях профилегибочных агрегатов при скорости движения профиля до 2,5 м/с.
Такое же движение ножей осуществляется на кривошипно-шатунных ножницах, где вместо второго кривошипа (коромысла) установлена спрофилированная должным образом направляющая с перемещающимся роликом, укрепленным на шатуне. Эта кинематическая схема ножниц позволяет существенно, по сравнению с параллелограмной схемой, снизить момент инерции системы, однако долговечность направляющей невелика, а ремонт ее затруднителен.
Кривошипно-коромысловые ножницы с приводным кривошипом четырехзвенника, смонтированным в эксцентричной расточке вала механизма пропуска реза, получили название кривошипно-коромысловых эксцентриковых. Эти ножницы применяют на непрерывных заготовочных станах для деления заготовок сечением до 100 см2 на длины 5 - 12 м при скорости до 5,2 м/с.
На сортовых станах получили распространение двухкривошипные ножницы с кривошипами, совершающими полный оборот, и короткими шатунами неравной длины, на которых укреплены ножи. Один из шатунов может совершать качательное движение для осуществления пропуска реза.
Ножницы работают в режиме непрерывного вращения для разрезки мелкосортного проката на товарные длины ив режиме запуска на резание при делении проката на длину холодильника при скорости 7-10 м/с. Движение ножей в зоне резания близко к параллельному.
Попытки создания универсальных ножниц, позволяющих работать в широком диапазоне длин при достаточной быстроходности, привели к созданию комбинированной конст
рукции ножниц параллелограмно-барабанного типа, в которых одна пара ножей закреплена на спарниках, а вторая - на щеках ведущих кривошипов. Ножницы работают в режиме разрезки среднес ортно го проката на длины 2,8-Юм при скорости до 7 м/с и рассчитаны на разрезку длинных раскатов перед холодильником на скорости до 15 м/с.
Для р а з р е з к и проката сечением до 150 см2 при скорости до 7 м/с на непрерывных заготовочных станах применяют летучие рычажно-планетарные ножницы, режущий механизм которых имеет два барабана с планетарными механизмами, установленные в станине и вращающиеся в противоположные стороны.
Каждый планетарный механизм состоит из трех последовательно соединенных зубчатых колес с общим передаточным отношением, равным единице, поэтому ножи, установленные на сателлитах, совершают плоскопараллельное движение по окружности. Пропуск реза осуществляется в результате поворота связанных между собой рычажным механизмом (антипараллелограммом) солнечных зубчатых колес.
Наиболее скоростными и простыми по конструкции являются барабанные летучие ножницы, основной недостаток которых - поворот ножей в металле в процессе резания -мало сказывается на качестве среза при специальном профилировании ножей. В линиях мелкосортных станов и непрерывных трубопрокатных агрегатов эти ножницы используют для обрезки концов, аварийной разрезки и раскроя проката на длину холодильника при скорости движения до 20 м/с.
В линиях непрерывных широкополосных станов горячей прокатки барабанными ножницами обрезают передний и задний концы раската перед подачей его в чистовую группу клетей со скоростью до 2,8 М/с, обеспечивая, при этом, шевронный в плане срез переднего конца полос и прямой срез заднего конца.
В бесконечных станах холодной прокатки полос барабанные ножницы обеспечивают разделение бесконечной полосы перед подачей ее в моталки при скорости 5 м/с. Скорость стана при выполнении этой операции соответственно снижается.
В агрегатах резки холоднокатаных полос ножницы обеспечивают разрезку полос толщиной 0,25 - 1,6 мм н а листы длиной 1220 - 4880 и шири н о й 500 - 1280 мм при скорости до
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
765
5 м/с. В агрегатах разрезки жести на длины 450 - 1000 мм скорость достигает 6,3 м/с.
Обрезка утолщенных передних и задних концов катанки на непрерывных проволочных станах при скорости до 60 м/с решается с помощью дисковых ножниц, в которых два дисковых ножа непрерывно вращаются, находясь в контакте и будучи повернуты под углом около 45° к направлению движения катанки. При разрезке прокат сдвигается к ножам, захватывается ими и разрезается.
Ножницы продольной резки. Продольной разрезке подвергают полосы листового проката и прокатанные спаренно профили сортового проката. Разрезка последних осуществляется в калибрах прокатных валков.
Для о б р е з к и кромок толстых горячекатаных листов в неподвижном состоянии применяют аналогичные ножницам поперечной резки ножницы с наклонными ножами или с катящимся резам. Подача листа в зону резания - шаговая специальными тянущими роликами.
Для обрезки кромок и роспуска полос на узкие штрипсы в агрегатах резки и отделки горяче- и холоднокатаного проката используют дисковые ножницы. При обрезке кромок устанавливают две режущие каретки и кром-кокроиштелъные ножницы, а при разрезке тонкой полосы - кромкомотал-ки. При роспуске полос дисковые ножи устанавливаются на верхнем и нижнем дисковых валах, легко монтируемых в раздвижных каретках ножниц. Скорости движения проката в агрегатах при работе ножниц приведены в табл. 8.17.2.
Для у т и л и з а ц и и кромок в зависимости от их толщины используют кром-комоталки, двух- и однобарабанные ножницы, а также рычажно-качающиеся летучие ножницы.
8.17.2. Скорость движения проката в агрегате при его разрезке
Прокат	Толщина, мм	Скорость движения, м/с
Холоднокатаные полосы	0,08 - 0,25 0,25 - 3,50	До 15 " 10
Горячекатаные полосы	1,8 - 6,0	До 8
Горячекатаные листы	4,0 - 25,0	До 0,4
8.17.2.	ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Современное представление о процессе резания металлов способом сдвига между двумя сближающимися ножами базируется на теоретических и экспериментальных исследованиях академика А. И. Целикова и созданной им школы.
Резание металла при использовании параллельных ножей. Сила резания. У ножниц с параллельными ножами угол заострения ножей обычно равен 90° (рис. 8.17.1), что позволяет при переустановке использовать четыре режущих кромки и улучшить теплоотвод от них при резании горячего металла.
Процесс резания состоит из трех периодов:
вмятия ножей в металл, во время которого сила резания Р увеличивается до своего максимального значения; продолжительность этого периода характеризуется коэффициентом 8в, равным отношению глубины внедрения Z& ножей в металл при вмятии к исходной высоте А сечения металла, т.е. &в = Zb/A;
собственно резания (сдвига металла по плоскости резания), при котором сила резания уменьшается по мере уменьшения сечения площадки среза;
скалывания (отрыва) оставшейся неразрезанной’части сечения; момент начала отрыва характеризуется относительным надрезом сн, равным отношению глубины внедрения Zh ножей в конце резания к исходной высоте А сечения металла, т.е. £ц = Z^Jh.
Максимальное усилие Ртах> МН, в конце периода вмятия равно усилию в момент начала резания (сдвига) металла по плоскости резания, поэтому можно написать, что
^тах = ттах^рез ~ ^О’в-^рез»
где Ттах - максимальное касательное сопротивление при резании (сдвиге) металла, МПа; /рез - сечение металла в момент начала собственно резания (сдвига) металла, м2; к\ - коэффициент, = Ттах/^в-’
для мягких металлов к\ « 0,6;
для твердых металлов к\ « 0,7.
Механические свойства, в том числе значения ств, для разных марок сталей и сплавов при различных температурах приведены в табл. 8.17.3.
Опытные данные по значению удельного сопротивления резанию в зависимости от температуры и степени деформации £ изображены в виде кривых на рис. 8.17.2 - 8.17.4. Необходимо учитывать, что напряжение т определяется как сила резания, отнесенная к первоначальному сечению, а относительная глубина надреза £ = z/h.
766
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.1. Схемы разрезки металла на ножницах с параллельными ножами (а и б) и изменение силы резания (в) в зависимости от глубины внедрения ножей
8.17.3.	Механические свойства сталей и сплавов при различных температурах
Марка стали или сплава (содержание	Температура	<*0,2	<*в	§5,	Состояние поставки	Скорость деформа-
основных легирующих элементов, %)	испытаний, °C	МПа		%	стали или сплава	ции, с-1
1	2	3	4	5	6	7
СгЗ (С 0,22)	20	230	450	25	Горячекатаная	-
	700	74	100	57	Кованая +	0,009
	800	52	84	95	нормализация	
	900	39	66	84		
	1000	25	44	79		
	1100	19	32	80		
	1200	14	25	84		
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
767
Продолжение табл. 8.17.3
1	2	3	4	5	6	7
45 (С 0,46)	20	360	610	16	Нормализованное	-
	700 800 900 1000 1100 1200	140 65 55 35 22 15	171 115 77 51 35 27	43 58 62 72 81 90	Кованая + нормализация	0,009
40 (С 0,40; Мп 0,65; Сг 0,95)	20	320	580	17	Нормализация + отпуск	-
	700 800 900 1000 1100 1200	145 55 42 24 И 11	178 100 71 44 26 24	33 59 64 68 68 70	Кованая и отоженная	0,002
18ХГТ (С 0,2; Сг 1,15; Мп 0,95; Ti 0,08)	20	800	1000	9	Закалка + отпуск	-
	700 800 900 1000 1100 1200	208 78 55 51 25 14	240 140 97 80 44 26	46 51 54 58 61 56	Кованая + нормализация	0,03
40 ХН (С 0,4; Сг 0,6; Ni 1,2)	20	400	' 630	11	Закалка + отпуск	-
	700 800 900 1000 1100 1200	-	228 135 93 63 46 32	35 57 70 75 76 70	Кованая + нормализация	0,03
30ХГСА (С 0,31; Сг 0,95; Мп 0,95; А1 1,0)	20	600	750	14	Закалка + отпуск	-
	700 800 900 1000 1100 1200	-	178 87 54 38 21 10	59 61 84 71 59 84	Горячекатаная	0,0013
768
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Продолжение табл. 8.17.3
Марка стали или сплава (содержание	Температура	<*0,2	<*в	8$,	Состояние поставки	Скорость деформа-
основных легирую-	испита-			%	стали или	ции,
щих элементов, %)	ний,°C	Mila			сплава	с*1
1	2	3	4	5	6	7
Р18 (С 0,75;	20	-	-	-	-	-
Ст 4,1; ¥1,2;	700	380	440	23	Кованая и	0,003
W 18,2)	800	189	220	42	отоженная	
	900	154	194	46		
	1000	116	119	54		
	1100	61	65	70		
	1200	25	27	49		
ШХ15	20	-	760	-	Горячекатаная	-
(С 1; Сг 1,45)	1000	33	43	61	Деформированная	0,009
	1050	29	49	62	и отоженная	
	1100	20	30	72		
	1150	17	26	61		
	1200	18	22	76		
У10 (С 1)	20	-	550	-	Отоженная	-
	700	-	107	50	Деформированная	0,007
	800	-	92	52	и отоженная	
	900	-	56	59		
	1000	-	30	70		
	1100	-	18	78		
	1200	-	16	86		
9ХС (С 0,9;	20	-	-	-	-	-
Сг 1,1; Si 1,4)	800	110	134	26	Горячекатаная	0,007
	900	66	75	41		
	1000	43	47	52		
	1100	20	32	54		
	1200	15	20	83		
	1250	12	16	78		
12ХНЗА (С 0,12;	20	700	950	11	Закалка + отпуск	-
Cr0,75;Ni 2,95)	700	71	144	41	Кованая и	0,002
	800	30	91	61	отоженная	
	900	27	69	58		
	1000	23	45	63		
	1100	23	44	73		
	1200	12	25	70		
Х18Н9Т (ЭЯ1Т)	20	250	540	40	Горячекатаная	-
(С 0,12; Сг 18; Ni9)	800	158	205	27	Горячекатаная	0,007
	900	110	122	41		
	1000	59	67	50		
	1100	36	39	66		
	1200	22	26	79		
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
769
Продолжение табл. 8.17.3
1	2	3	4	5	6	7
60С2(С0,5; Si 1,8)	20	120	130	6	Закалка + отпуск	-
	800	85	99	66	Горячекатаная	0,007
	900	56	68	62		
	1000	36	43	61		
	1100	20	26	78		
	1200	12	15	90		
2X13 (ЭЖ2)	20	380	520	20		
(С 0,2; Сг 13)	800	60	71	51	Деформированная	0,009
	900	76	106	56		
	950	54	79	58		
	1000	40	62	59		
	1100	25	38	65		
	1150	21	32	84		
ХН78Т (ЭИ435)	20	-	700	30	Аустенизация	-
(С 0,12; Сг 20)	800	320	388	71	Горячекатаная и	0,007
	900	200	220	44	отпущенная	
	1000	103	114	64		
	1100	78	90	70		
	1200	43	55	92		
	1250	37	40	100		
Рис. 8.17.2. Кривые удельного сопротивления резанию т металлов в холодном состоянии следующих материалов: сталей: 1 - 12Х2Н4А; 2 - 75; 3 - 40Х; 4 - 45; 5- 1Х13Н8В; 6- 20; 7- 15; 8- сплава Д16; 9 - меди; 10 - цинка
Рис. 8.17.3. Кривые удельного сопротивления резанию т низкоуглеродистой стали (с содержанием 0,13 - 0,2 С) при различной температуре (ножницы слябинга)
25 Зак 10Х
770
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.4. Кривые удельного сопротивления резанию т стали 40Х при различной температуре. Кривые получены на образцах сечением 25 х 25 мм при скорости резания 300 м/с
В момент окончания вмятия ножей высота сечения металла А - Zb = А(1 - Ев), поэтому площадь сечения, испытывающего напряжение среза, равна
^рез ~	~ ев)^>
где b - ширина разрезаемого сечения металла.
При определении расчетной максимальной силы резания, действующей на ножи, надо учесть влияние затупления ножей и увеличения зазора между ними при длительной
работе ножниц. Поэтому расчетная формула максимальной силы резания будет иметь следующий вид
Ртах =	- ев),
где ^2 - коэффициент, учитывающий увеличение силы резания при затуплении ножей в процессе длительной работы ножниц; A3 - то же, при увеличении бокового зазора между ножами.
На основании практических данных можно принимать следующие значения этих коэффициентов: при горячем резании А2 = 1,1 - 1,2; A3 = 1,15 - 1,25; при холодном резании А2 = 1,15 - 1,25; A3 = 1,2 - 1,3.
Для случая резания металла непрямоугольного сечения (например, круга) это сечение необходимо привести к равновеликому по площади прямоугольному сечению, т.е. принять ““ bh.
В табл. 8.17.4 приведены максимальные значения коэффициентов вмятия Ед и надреза Ejj, полученные экспериментальным путем. Эта данные следует считать ориентировочными, так как они получены с различной степенью точности, в некоторых случаях при резании образцов небольшого сечения (25 х 25 мм).
При вмятин ножей полоса (заготовка, блум) будет стремиться повернуться вправо под действием момента, равного Ра (рис. 8.17.1). При этом со стороны кромок ножей будут возникать горизонтальные силы Т, создающие момент Тс — Ра. Одновременно при повороте заготовки возникает косой срез.
8.17.4. Экспериментальные данные коэффициентов вмятия Ев и надреза ен
Материал	Горячее резание		Холодное резание	
	8В	сн	ев	сн
Сталь 10	0,32 - 0,40	0,75 - 1,0	0,30	0,50
- " - 20	0,30 - 0,35	0,75 - 0,95	0,25	0,35 - 0,45
- ” - 50	0,25 - 0,30	0,70 - 0,95	0,20	0,30 - 0,40
- ” - 55С2	0,23 - 0,28	0,65 - 0,90	0,20	0,25 - 0,30
- " - 12Х18Н9Т	0,25 - 0,30	0,70 - 0,80	0,35	0,45
- " - ШХ15	0,20 - 0,25	0,65 - 0,70	0,15	0,30
Медь	0,35	0,95	0,30	0,45
Цинк	0,30	0,70	0,20	0,40
Д16	0,25	0,50	0,15	0,25
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
771
Ввиду того, что величины плеч а и с неизвестны, точно определить значение силы Т не представляется возможным. На основании экспериментальных данных принимают, что Т = (0,15 - 0,25)Р. Для уменьшения распирающей горизонтальной силы Т на ножницах применяют механические или гидравлические устройства для прижима металла при резании силой Q.
В этом случае можно принять
Т = (0,1 - 0,15)Р; Q = (0,03 - 0,05)Р.
Работа резания (Дж) в известном масштабе выражается площадью кривой т =Ле) в зависимости от хода ножей:
А = J fxdz = J Fthtk = Fhj
Это уравнение при обозначении величины интеграла через а окончательно запишется так:
А = Fha.
Величину а называют удельной работой резания (Дж/мм3), которая равна площади, ограниченной кривой т = Де), или работе резания образца сечением 1 мм2 высотой 1 мм.
Удельную работу резания можно определить по эмпирической зависимости
а= (1,0 - 1,3)10-^55,
где тв - удельное сопротивление резанию, соответствующее деформации 8bJ 65 - относительное удлинение пятикратного образца при испытаниях на разрыв, % (см. табл. 8.17.3).
Резание металла при использовании наклонных ножей. Сила резания. Резание наклонными ножами (рис. 8.17.5) применяют при разделении листов и полос для снижения силы резания. Полная сила резания Р в этом случае слагается из трех составляющих сил: резания Р\, изгиба отрезаемой части лис
та Р2 и изгиба листа в зоне резания Р3 (образование местного чашеобразного изгиба).
При резании металла на ножницах с одним наклонным ножом сопротивление резанию оказывает не вся площадь сечения листа bh, как при резании параллельными ножами, а только небольшая часть его в виде треугольника АВС (рис. 8.17.5). Кроме того, при погружении ножа в металл резание (сдвиг) происходит не по всему сечению треугольника АВС, а только по части его в виде трапеции АВЕД, так как у вершины треугольника по линии ЕД наступает отрыв (скалывание) металла. Величина Z — h - ЕД характеризует глубину надреза, при которой наступает отрыв, а отношение £„ = z/h называется относительной глубиной надреза и зависит от пластических свойств металла.
Таким образом, площадь трапеции АВЕД, оказывающая сопротивление резанию, равна
F = h4h-z)z=2^ 2 tga 2tga
где a - угол наклона ножа, а сила резания, МН А = ттах^-
Вводя коэффициенты к\, к2, к$, получим расчетную формулу для определения силы резания
Р\ = *3*2*3 ^T’ShA2°b,
где к\ = ттах/ств = 0,6 - 0,75 - для мягких и твердых сплавов соответственно; &2 ~ 1,2- 1,3 -коэффициент, учитывающий повышение усилия при притуплении ножей; к$ = 1,1 - 1,2 - то же, при увеличении бокового зазора между ножами (толщина листа h берется в метрах).
Рис. 8.17.5. Схема резания листа наклонными ножами и эпюра силы действия разрезаемого металла на нож
25:
772
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Значения £„ для различных металлов приведены в табл. 8.17.4.
Так как в процессе резания верхний наклонный нож отгибает вниз отрезаемую часть листа, то для совершения работы изгиба требуются дополнительные силы. Их можно учесть ориентировочно, принимая повышенное значение коэффициента к$ в пределах к'ъ = 1,4 - 1,6 (для углов наклона ножа а = 6 - 15°).
Таким образом Р - Р\ 4- Р2 + Р3 = = (1,27 - l,33)Pb
Найденное выражение для Р\ справедливо, если в Mga > h. При Mga < h следует пользоваться формулой для случая резания параллельными ножами.
Угол а, ...°, для диапазона разрезаемых толщин 0,5 - 60 мм можно найти по эмпирической зависимости
a = (h - 0,3)0*394.
Полученное значение округляют до ближайшего с градацией через 0,5°.
Боковой зазор 8 между ножами принимают равным 0,07А при h < 5 мм и около 0,5 мм при h - 10 - 20 мм.
Работа резания, Дж:
А = к^Ьк^а, где к\ - коэффициент, учитывающий притупление ножей (к\ = 1,2 - 1,3); к% - коэффициент, учитывающий затраты энергии на изгиб листа (#2 = 1,3 - 1,5); Ь - ширина листа, мм.
Резание металла при использовании, дисковых ножей. Дисковые ножницы (рис. 8.17.6) предназначены для продольного резания полос толщиной 0,01 - 25 мм, причем диаметр D дисков не может быть меньше определенного критического значения, при котором прекращается процесс резания и начинается пробуксовка. Зависимость диаметра дисков от толщины h разрезаемой полосы
э
D « —у (h + 5), «о
где s - радиальное перекрытие, мм; ОЦ) - угол захвата металла дисками, рад.
Дисковые ножи устанавливают с радиальным перекрытием 5=1-3 мм (чем толще полоса, тем меньше перекрытие ножей; при h > 10 мм применяют отрицательное перекрытие).
Обычно угол захвата металла дисками равен 8 - 12°, поэтому на практике принимают D =(50 - 100)А, что соответствует приведенной выше зависимости.
Рис. 8.17.6. Схема резания полосы дисковыми ножами и эпюра силы действия разрезаемого металла на диск
Боковой зазор между дисками 8 = (0,05 -0,08)А, но при резании полосы толщиной менее 0,2 мм ножи устанавливают плотно без зазора.
Сила резания, воздействующая на один нож, определяется как сумма двух составляющих
Р=Р1 + Р2,
где Р\ и Р2 - силы соответственно резания и изгиба отрезаемой части полосы.
Составляющую Pi рассчитывают по зависимости, . аналогичной зависимости для резания наклонными ножами, заменяя дуги контура соприкосновения ножей с металлом соответствующими хордами.
Pi =
2 ~ £н 4tga
ЕНЛ2.
Значения коэффициентов ку к2> к$ такие же, что и для случая резания на гильотинных ножницах; значение приведены в табл. 8.17.4.
В сравнении с резанием на гильотинных ножицах следует, что площадь участка сдвига и сила резания на дисковых ножницах в два раза меньше.
Угол
2 V А 4- 5,
КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
773
При резании без перекрытия ножей
а = ^ 2
Сила резания, Н:
Р = Р\ 1 + Zi
IQOtgg^
85 Л
где 85 - относительное удлинение пятикратного образца при испытании на разрыв, % (табл. 8.17.3).
В этом выражении второй член в скобках учитывает составляющую Рз- Коэффициент Z1 зависит от относительной ширины отрезаемой полосы £/h:
t/h.... О 5	10	15	20
Zi.....	0,0	0,8	1,3	1,4	1,4
Сила, распирающая ножи, не превышает 5 % от силы резания.
Работа резания. Момент для вращения одной пары дисков равен:
Afpe3 = PDsinP,
где р - угол приложения силы Р.
При резании без скалывания Р = а.
С учетом скалывания Р определяется из выражения
_ , A(1-£h/2)-s
cosp = 1 - —---.
Момент трения в опорах приводных валов при резании одной парой дисков
Л/тр = Р\м1,
где ц и d - коэффициент и диаметр трения в подшипниках опор приводных валов.
Мощность электродвигателя для привода ножниц, кВт, имеющих п пар дисков диаметром D = 2А, вращающихся с окружной скоростью v (м/с) и угловой скоростью
v 2V
со = — =----
R D
с*1, определим по следующей
формуле (моменты выражены в кН - м):
N = Ь1(Мрез+Мтр)-;
п
где т| - КПД привода ножниц (редуктора, шестеренной клети, муфт); ц = 0,75 - 0,95; к = 1,1 - 1,2 - коэффициент, учитывающий потери мощности на трение дисков о разрезаемый металл.
Вышеизложенные методики разработаны из предположения, что угол заострения ножей составляет 90°, т.е. передний угол резания оц = 0 и задний угол yi = 0. На практике в некоторых случаях для повышения качества резки на гильотинных, дисковых и летучих барабанных ножницах, в которых ножи поворачиваются в зоне резания, передний угол положителен (04 < 15°), а иногда и задняя грань затачивается под утлом yi = 2 - 5°. Таким образом общий угол заострения может составлять 70°, что приводит к уменьшению сил РнТ.
8.17.3.	КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
Стационарные ножницы применяют для поперечной резки горячего металла квадратного, прямоугольного и круглого сечений после прокатки его на блумингах, слябингах и листовых станах (заготовочных, сортовых), а также для холодной резки металла в прокатных, кузнечных и скрапных цехах.
Основные параметры ножниц - наибольшая сила* резания, ход ножей, длина ножа и число ходов в минуту. Число резов в минуту -параметр, отличающийся от числа ходов в минуту, так как в нем должно учитываться время, затрачиваемое на подачу металла в зону резания, а оно, в свою очередь, зависит от скорости подачи, отрезаемой длины листа, наличия специальных механизмов многоручьевой подачи проката в ножницы и конструкции механизмов разгона и торможения проката.
Размеры поперечного сечения металла, допускаемого для разрезки на ножницах данного типа, определяются максимальной силой резания, на которую рассчитаны ножницы.
Ход ножей выбирают с учетом возможности беспрепятственного прохода металла максимальной высоты под лапой прижима и перекрытия ножей в конце резания.
Геометрические параметры ножей нормализованы.
В качестве материала ножей для горячей резки используют стали типа 5ХНВ, 5ХГМ, 5ХНМ и 5Х2СФ с термической обработкой до твердости 42 - 50 HRC или углеродистые стали с наплавкой режущих кромок твердым сплавом. Для холодной резки используют стали 9Х, 5ХВ2С и 55ХН2Ф с термической обработкой до твердости 52 - 56 HRC.
Далее будут рассмотрены наиболее совершенные конструкции ножниц, в которых отразились современные тенденции в развитии этого класса машин.
Ножницы с прямолинейным движением параллельных ножей могут выполняться с верхним или нижним резом.
774
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Ножницы с верхним ре-з о м имеют простую кинематику. В рамной или С-образной станине закрепляют неподвижный суппорт с нижним ножом, а верхний нож устанавливают в подвижном суппорте, перемещающемся в направляющих станины кривошипно-ползунным четырехзвенным механизмом.
На рис. 8.17.7 приведены ножницы фирмы СКЕТ (Германия) силой резания 6 МН с
С-образной (открытой) станиной, предназначенные для холодной резки пакетов сортового проката после холодильника. Станина 1 имеет сварную конструкцию, изготовленную из стальных плит. Эксцентриковый вал 2 смонтирован в станине на подшипниках скольжения. Нижний суппорт 6 закреплен в станине неподвижно. Верхний суппорт 5 связан с эксцентриковым валом шатуном 4 и уравновешен грузами.
Рис. 8.17.7. Стационарные ножницы холодной резки силой резания б МН
КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
775
Привод эксцентрикового вала осуществляется от электродвигателя переменного тока с маховиком через одноступенчатый редуктор с i - 6,08 и зубчатой передачей 3 с i = 4,88. Большое колесо зубчатой передачи свободно вращается на эксцентриковом валу и сцепляется с этим валом при включении ножниц для разрезки с помощью электромагнитной кулачковой муфты (не показана). При резании крупных заготовок для ножниц с верхним резом необходим опускающийся в процессе резания стол, что ограничивает их применение в обжимных цехах.
Ножницы используют в кузнечных и заготовительных цехах для разрезки на короткие заготовки круга, квадрата и сутунки для последующего передела. Особенность технологического процесса резки, в этом случае, состоит в наличии калиброванных по форме разрезаемого проката ножей и мощного зажима заготовки, предшествующего разделению проката, с силой, не зависящей от силы резания.
Разрезка коротких заготовок может быть выполнена по следующей схеме. Штанга 1 (рис. 8.17.8) над неподвижным ножом 6 подается до упора 4, определяющего длину отрезаемой части, и прижимается к ножу прижимом 2 с силой Рпр. Нож 3 отрезает мерную заготовку. Для уменьшения отгиба отрезаемой части предусматривают подпор 5, удерживающий заготовку снизу с силой Рпод. Ножницы, как правило, рассчитывают на разрезку изделий из стали с ств £ 450 МПа. При более высоком временном сопротивлении поперечные размеры разрезаемого металла уменьшаются. Хромистые стали и стали с повышенным содержанием марганца режутся в подогретом до
Рис. 8.17.8. Схема резки коротких заготовок
100 - 150 °C состоянии, что обеспечивает более качественную поверхность резания и исключает расслоение заготовок вдоль оси.
Процесс резания на ножницах с нижним резом характеризуется тем, что перед резанием верхний нож опускается почти до соприкосновения с полосой и останавливается. После этого полоса разрезается движением нижнего ножа, и ножи возвращаются в исходное положение в обратном порядке. Резание, выполняемое таким способом, имеет то преимущество, что полоса находится выше уровня рольганга и потому нет необходимости устанавливать подъемно-качающийся стол.
На рис. 8.17.9 приведена кинематическая схема, а на рис. 8.17.10 конструкция рабочей клети ножниц с плавающим эксцентриковым валом и механическим прижимом, разработанных ВНИИМЕТМАШ и НКМЗ для резания блумов и слябов.
Рис. 8.17.9. Кинематическая схема ножниц с плавающим эксцентриковым валом
776
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.10. Рабочая клеть ножниц с плавающим эксцентриковым валом:
1 - станина; 2 - нижний суппорт; 3 - прижим; 4 - верхний суппорт; 5 - эксцентриковый вал; 6 - контргруз
Суппорт нижнего ножа перемещается в направляющих суппорта верхнего ножа, который, в свою очередь, перемещается в направляющих станины ножниц, поэтому станина разгружена от сил резания. На суппорте верхнего ножа смонтирован двухэксцентриковый вал АВС (см. рис. 8.17.9, а), который своими шейками А соединен с суппортом нижнего ножа шатунами AF, а шейками В - с рычагом прижима ОЕ. Вначале эксцентриковый вал, вращаясь вокруг точки Л, опускает верхний нож и прижим на металл (см. рис. 8.17.9, б) с одинаковой скоростью (АВ — СВ и ED = DO). После остановки верхнего ножа металл разрезается движением нижнего ножа при вращении эксцентрикового вала вокруг неподвижной точки С (см. рис. 8.17.9, в).
При дальнейшем вращении эксцентрикового вала сначала опускается нижний нож и прижим с зажатым между ними отрезанным металлом. После того, как нижний нож займет исходное положение, верхний нож и прижим, поднимаясь одновременно, займут также исходное положение. Наличие прижима обеспечивает перпендикулярность к оси полосы плоскости резания и исключает удары отре
заемой части полосы по рольгангу. Для разгрузки рольганга от воздействия масс подвижных частей ножниц при опускании на полосу прижима в ножницах предусмотрено грузовое уравновешивание. Контргруз развивает силу Сур, достаточную для уравновешивания масс (71 - 67 (см. рис. 8.17.9, в).
Привод эксцентрикового вала осуществляется через универсальный шпиндель и редуктор, как правило, двумя электродвигателями постоянного тока, работающими в режиме запуска на каждый рез с полнооборотным циклом эксцентрикового вала, либо при разрезке достаточно тонких полос - в качатель-ном режиме для сокращения цикла резания. Технические характеристики ножниц горячей резки приведенной конструкции даны в табл. 8.17.5.
Приводы. В рассмотренных конструкциях ножниц используют два вида электроприводов. Электропривод с работой двигателя в режиме непрерывного вращения, включением механизма резания кулачковой или многодисковой фрикционной муфтой и остановкой его переключением муфты на корпус. На рис. 8.17.11 приведена фрикционная муфта включения. В непрерывно вращающемся
КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
777
8.17.5. Технические характеристики ножниц горячей резки с нижним резом
Сила резания, МН
Характеристика	0,5	2,0	2,5	4,0	8,0	10,0	12,5	25,0
Число резов, мин-1	11	1	3	16	И	10	20 ’	10
Ход ножей, мм	250	200	250	260	300	550	500	400
Длина ножей, мм	400	500		450	600	1200		1800
Минимальная температура разрезаемого металла, °C	1200	1100		700	800	900		800
Мощность главного привода, кВт	80	2x125	2x200	2x300	2x360		2500	2 х 1600
Размеры в плане, мм: длина ширина	5000 4100	5700 3000	6000 4700	6400 4200	14 500 3100	22 300 40	22 400 00	30 000 4400
Масса, т	30	33	55	92	200	415	| 450	785
Рис. 8.17.11. Фрикционная муфта включения
полом валу 1 запрессован зубчатый венец 2 с внутренним зубом, в который вставлены фрикционные диски. На приводном валу 3 механизма резания на зубчатой полумуфте 5 установлены фрикционные диски, вступающие в контакт с первыми при срабатывании пнев-моцилиндра 6. По окончании цикла резания
пневмоцилицдр размыкает первую фрикционную передачу и включает вторую, замыкающую эксцентриковый вал ножниц на корпус. Материал фрикционных накладок 4 - рети-накс, стойкий к высоким давлениям и скоростям скольжения. Муфты нормализованы и изготовляются на максимальный момент
778
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
100 кН • м, что позволяет разрабатывать ножницы силой резания до 16 МН, работающие в режиме непрерывного вращения двигателя.
Преимущество ножниц с непрерывным режимом вращения двигателя состоит в простоте системы электропривода (асинхронный двигатель малой мощности), малой энергоемкости и компактности машины. Работа резания в них осуществляется в основном благодаря кинетической энергии, накопленной якорем двигателя и маховиком за время между резами.
Электропривод с двигателем постоянного тока, работающий в режиме запуска на каждый рез, применяют на тяжелых ножницах, развивающих силу резания 10 - 20 МН. В эксплуатации находится много ножниц и с меньшей силой резания, разработанных в период, когда надежных конструкций фрикционных муфт еще не было.
Ножницы с гидроприводом более просты по конструкции по сравнению с рассмотренными и могут быть предохранены от перегрузок и поломок, так как максимальная сила резания ограничивается давлением рабочей жидкости в цилиндре. Однако ввиду снижения надежности работы гидропривода в зимнее время на металлургических заводах России широкого распространения такие ножницы не получили.
Ножницы с прямолинейным движением наклонных ножей, или гильотинные ножницы, выполняют закрытого и открытого типов с подвижным верхним или нижним ножом.
Ножницы с нижним резом обычно изготовляют закрытого типа. Нижний нож при этом выполняют горизонтальным, реже - наклонным, что обеспечивает лучшую перпендикулярность реза, но конструкция ножниц усложняется.
На рис. 8.17.12 даны ножницы с нижним резом для резания листов толщиной до 8 и шириной до 2350 мм, разработанные ВНИИМЕТМАШ и СКМЗ. Нижний нож перемещается с помощью двух круглых закаленных корпусов с подшипниками качения, насаженных на эксцентрики эксцентрикового вала. Верхний наклонный нож закреплен в станине. Чтобы лист во время резания не смещался, он прижимается к ролику с пружинными опорами при подъеме суппорта нижнего ножа.
Ножницы с верхним резом выполняют с наклонным верхним ножом. Эти ножницы чаще всего применяют для разрезания широких листов и обрезания кромок не в потоке. В потоке такие ножницы устанавливают лишь для поперечной разрезки листовых полос значительной толщины (20 - 30 мм). В этом случае их снабжают подъемно-качающимися столами, располагаемыми за ножницами.
Станину листовых ножниц с верхним резом выполняют обычно С-образной формы для удобства манипулирования с листом и удаления обрезанных кромок.
Основные параметры ножниц с верхним резом приведены в табл. 8.17.6.
Рис. 8.17.12. Листовые ножницы 8 х 2350 с нижним резом:
1 - станина; 2 - суппорт с нижним ножом; 3 - верхний нож; 4 - эксцентриковый вал;
5 - прижимной ролик; 6 - откидывающаяся проводка
КОНСТРУКЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
779
8.17.5. Технические характеристики ножниц с наклонными ножами для холодной резки листов
Параметр	Сила резания, МН									
	0,02	0,05	0,12	0,25	0,50	1,00	1,60	2,50	4,00	6,30
Угол наклона ножей, °	1 - 2	1-2,5	1 - 3	1,5-3,5	2 - 4	2,5-4,5	3 - 5	3,5-5,5	3,5-5,5	4 - 6
Вылет станины, мм	200	300	400		500		600		700	
Толщина стального листа, мм, с сгв = 500 МПа	0,9-1,5	1,5-3	3 - 5	5 - 8	8 - 13	13-20	28 -	- 38	38-48	48-60
Длина режущей кром-	1100									
ки горизонтального	1600		1600		2200			2200		2700
ножа, мм	2100		2100		2700			3200		4200
	2600		2600		3200					
Ножницы со сложным плоским движением профилированных ножей используют для разрезки толстолистового проката и фланцевых профилей типа швеллера, двутавра и тавра. Разрезка листового, и особенно толстолистового, проката на ножницах с наклонными ножами сопровождается пластическим трудно-исправляемым отгибом листа, вызванным движением наклонного ножа по прямолинейной траектории.
Снижение изгиба листа при сохранении преимуществ резания наклонными ножами реализовано в ножницах с катящимся резом, наиболее распространенная схема которых показана на рис. 8.17.13. Нижний прямолинейный нож 1 установлен в станине 2 рамной конструкции. В направляющих станины перемещается суппорт 3 с верхним ножом 4 дугообразной формы с радиусом порядка 4 - 7 м. Суппорт приводится в движение двумя кривошипно-коромысловыми механизмами 5, установленными в различных угловых фазах и работающими от одного электродвигателя через раздаточный редуктор 6 и две червячные пары 7. Ножницы созданы фирмой "Мюллер - Ной-манн" (Германия) и изготовляются по лицензии рядом фирм, в том числе ПО НКМЗ.
Ножницы выпускают с силой резания 1,68 - 22 МН для разрезки листа толщиной 12 - 50 мм из сталей с ов = 500 - 1200 МПа (алюминиевых плит - толщиной до 130 мм) при ширине 2700 - 5200 мм.
Установка на ножницах этого типа гидропривода позволяет снизить габаритные размеры и металлоемкость машины.
На рис. 8.17.14 приведены ножницы с гидромеханическим приводом, разработанные в Славянском филиале ВНИИМЕТМАШа, которые содержат станину 75 с неподвижным ножом 16, имеющим прямолинейную режущую кромку; суппорт 2, несущий нож 1 с
дугообразной режущей кромкой; приводы 10 и 77 перемещения суппорта в виде параллельно расположенных силовых поршневых цилиндров 4 и 6 двойного действия; два параллельно установленных коленчатых вала 5 и 13 с размещенными на их коренных шейках зубчатыми колесами 8 и 12, шатуны 3 и 14, укрепленные на коленчатых валах и шарнирно соединенные с суппортом.
Поршень каждого силового цилиндра выполнен в виде разрезной зубчатой рейки, имеющей возможность взаимодействовать с зубчатыми колесами. Каждая зубчатая рейка состоит из двух частей 7 и 9, соосно размещенных между собой в каждом из цилиндров. В зависимости от толщины разрезаемого металла могут включаться один, два, три или все четыре силовых цилиндра привода ножниц. Зазоры и §2 между рейками составляют 0,1 - 0,2 мм. Они необходимы для компенсации возможных ошибок шага зубчатых зацеплений, но в силу своей малой величины не отражаются на кинематике катящегося реза.
Рис. 8.17.13. Кинематическая схема ножниц с катящимся резом
780
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.14. Конструктивная схема гидроножниц с катящимся резом
Техническая характеристика ножниц с четырьмя силовыми цилиндрами
Размеры разрезаемого материала, мм:
ширина.................... 1000 - 2000
толщина................... 4-20
Сила резания, МН.................. 2,5
Угол резания................. До 4°
Число ходов, мин1............ 10 - 20
Габаритные размеры клети ножниц, мм:
длина......................... 2450
ширина........................ 3860
высота........................ 3800
Масса, т......................... 52,7
Использование в приводе комбинаций из одного - четырех гидроцилиндров позволяет передавать силу резания через два и более полюсов зацепления, что благоприятно влияет на прочность зубчато-реечной передачи и увеличивает производительность ножниц при разрезке листов малых и промежуточных толщин. Производительность насосной установки в этих случаях постоянна.
Качественную разрезку фланцевых профилей в холодном состоянии в потоке среднесортных и рельсобалочных станов выполняют тремя способами - на пилах холодной резки, на ножницах с просечкой верхним ножом проката, зажатого между двумя нижними и четырьмя боковыми ножами, и наконец, -специальными ножницами, осуществляющими разделение профиля под углом, близким к 45° по отношению к его главным осям. Послед
ний способ является наиболее совершенным по качеству поверхности резания, производительности оборудования и стойкости инструмента.
Для холодной разрезки фасонных профилей во ВНИИМЕТМАШе разработаны два типоразмера ножниц, сила резания которых 6,3 и 10 МН. Ножницы (рис. 8.17.15) содержат станину 2 с закрепленным в ней ножом 8, движущийся вертикально в направляющих станины суппорт 3 с ножом 6, поворотную
Рис. 8.17.15. Принципиальная схема ножниц холодной резки фасонных профилей
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
781
раму 1 с ножом Я качающуюся относительно оси 10 (ось закреплена в станине). На поворотной раме в направляющих скольжения установлен суппорт 4 с ножом 7. Эксцентриковый вал 5 связан шатуном с суппортом 4, который через упругую связь приводит в движение суппорт 3.
Ножницы имеют электрический маховичный привод с фрикционной муфтой включения и работают в такой последовательности. При включении фрикционной муфты эксцентриковый вал перемещает суппорты 4 и 3 вниз до закрытия ножевых калибров соответственно 6 - 8 и 7 - 9. Поворотная рама, уравновешенная специальным механизмом до момента закрытия ножевых калибров, остается неподвижной. Ее поворот, позволяющий подвижному блоку ножей перемещаться относительно неподвижных ножей под углом примерно 45° к главным осям разрезаемого профиля, начинается после закрытия ножевых калибров. Резка простых профилей обеспечивается вертикальным движением суппорта 4, рама в этом случае неподвижна.
Для обеспечения заданной производительности участка резки на ножницах можно резать одновременно несколько профилей при подаче их пакетом.
Ножницы с криволинейным движением прямых ножей, называемые аллигаторными, используют на скрапоразделочных базах предприятий ВТОРЧЕРМЕТа и металлургических заводов. Ножницы изготовляют стационарными, передвижными и подвесными к грузоподъемному устройству. Для аллигаторных ножниц характерны две схемы резания (рис. 8.17.16) - с расположением плоскости резания ножей 1 и 2 перпендикулярно к оси качания челюсти (см. рис. 8.17.16, а) - наиболее распространенная схема - и с расположением плоскости резания ножей параллельно оси качания челюсти (см. рис. 8.17.16, б). Качание челюсти может осуществляться электро- или гидроприводом.
В России выпускают три типоразмера аллигаторных ножниц для разрезки круга диаметром 63 - 130 мм с числом ходов челюсти в минуту 10 - 16 и длиной ножей 500 - 1000 мм.
Рис. 8.17.16. Схемы резания аллегаторными ножницами
8.17.4.	КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
Режимы работы ножниц и способы регулирования отрезаемых на них длин изделий. Полосу подают к ножницам 2 (рис. 8.17.17) обычно специальными подающими роликами 1 или валками последней клети прокатного стана. Если скорость полосы vn (м/с) постоянна, то длина L (м) отрезаемых кусков зависит лишь от времени t (с) между двумя последовательными резами:
Z = vn/.	(8.17.1)
Для' отрезания заданной длины на практике применяют два основных режима работы ножниц - запусков и непрерывной работы.
Режим запусков используют в случае обрезки передних концов полосы и кусков достаточно большой длины при движении полосы с малой скоростью. В случае обрезки переднего конца полосы в режиме запусков ножницы включаются автоматически перед каждым резом от фотоимпульса, и далее, при разрезке полосы на товарные (или кратные товарным) длины - от счетчика импульсов, установленного на подающих роликах или выходной клети прокатного стана.
Режим непрерывной работы ножниц применяют при большой скорости полосы, разрезаемой на товарные (относительно короткие) длины, когда запуск двигателя при каждом резе практически невозможен.
Длина кусков (м) в этом случае выражается зависимостью
Z = vn — к, (8.17.2) п
где п - частота вращения или число ходов ножей, мин*1; к - коэффициент, зависящий от числа оборотов или ходов ножей за время между двумя последовательными резами; при резании за один оборот ножей к = 1, при резании за два оборота к = 2 и т.д.
Рис. 8.17.17. Подающие ролики с летучими ножницами
782
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.18. Траектории ножей качающихся ножниц: а - при двух пропусках реза; б - при одном пропуске реза; в - без пропуска реза
Возможность изменения к обеспечивается обычно применением механизмов пропуска реза, которые периодически "раздвигают" траектории ножей, благодаря чему ножи встречаются не при каждом обороте или ходе ножей. В качестве примера на рис. 8.17.18 даны траектории ножей качающихся ножниц, используемых в агрегатах поперечной резки полос. Верхний нож имеет постоянную траекторию, а траекторию нижнего можно изменять, обеспечивая рез при каждом ходе рамы (к = 1), а также с одним (к = 2), тремя (к = 4) и семью (к = 8) пропусками.
Регулирование длины отрезаемых заготовок. Анализ формулы (8.17.2) показывает, что изменить длину отрезаемых кусков полосы можно, варьируя частотой п вращения или числом ходов ножей.
Работа ножниц в простейшем режиме непрерывного вращения характеризуется тем, что окружная скорость ножей vH постоянна и совпадает со скоростью полосы vn. В этом случае ножницами отрезаются так называемые основные длины. При к = 1 основная длина
или, выразив л0 через диаметр ножа и его окружную скорость vH, получим
£0 = nDn.
Длину, меньшую основной, получают, увеличивая скорость ножей. Из-за подмятия заднего конца полосы при горячем резании и нанесения повреждений на поверхность полос при холодной резке скорость можно увеличить не более, чем на 20 %. Увеличить отрезаемую
длину в результате снижения скорости ножей не представляется возможным из-за подгиба переднего конца полосы и опасности застревания полосы в ножницах.
Рассмотренный способ регулирования длины отрезаемых заготовок может быть усовершенствован, если в зоне реза выровнять скорости ножей и полосы, используя для этого двухкривошипные, дифференциальные и четырехшарнирные рычажные механизмы, а также механизмы с некруглыми колесами. В этом случае длину отрезаемой части заготовки находят по формуле
Ь=*21Д»	(8.17.4)
где /21 = 1 - 2 - передаточное число от ведомого звена механизма к ведущему.
Механизмы выравнивания скоростей. На рис. 8.17.19 приведена упрощенная схема ножниц 2 с двухкривошипным механизмом и подающими роликами 1. Ведущая кулиса 3 этого механизма приводится в равномерное движение электродвигателем 6 через многоступенчатую коробку скоростей 5, а ведомая кулиса 4 соединена с ножницами.
Эксцентриситет е между осями вращения двухкривОшипного вала и кулис можно регулировать. При е — 0 угловая скорость ножей постоянна. Ее выбирают равной основной частоте вращения: п = (рис. 8.17.20 - прямая 1). Длина отрезаемых при этом кусков является основной. Если длину нужно увеличить, то частоту вращения п ведущей кулисы уменьшают, а подбором эксцентриситета е мгновенная угловая скорость ножей в момент реза повышается настолько, чтобы линейная скорость ножей стала равна скорости полосы (кривые 2 и 3). На куски, длина которых меньше основной длины, полосу обычно
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
783
не режут, так как средняя частота вращения ножей в этом случае должна быть выше основной, что достигается созданием эксцентриситета в другую сторону от оси кулис и выполнением резания при минимальной мгновенной скорости ножей (пунктирная кривая), а не максимальной. Это невыгодно энергетически.
Недостаток этого способа выравнивания скоростей - динамическая неуравновешенность ножниц.
Рис. 8.17.19. Упрощенная схема ножниц с двухкривошипным механизмом выравнивания скоростей
П
I. I*
s ft *
Is


X
1
О fee 360	Tr
Угол поборота бегущей кулисы
540	<рг..
Рис. 8.17.20. Зависимость скорости ножей п* от угла <р поворота ведущей кулисы двухкривошипного вала
Механизмы выравнивания скоростей с некруглыми колесами (рис. 8.17.21) применяют в барабанных летучих ножницах, устанавливаемых в линиях разрезки тонких полос при скорости до 6,4 м/с. Подающие ролики 4 и режущий механизм 5 связаны общим приводом, в кинематическую цепь которого встроен механизм выравнивания. Ведущее колесо 1 механизма через ведомые 2 и 3 приводит во вращение с переменной угловой скоростью ножевые барабаны 5 и маховик 6. Размеры маховика выбирают из условия обеспечения равенства моментов инерции вращающихся масс на ведомых колесах.
Наличие двух ведомых масс, имеющих одинаковые по величине и противоположные по знаку ускорения, позволяет уменьшить амплитуду изменения суммарного динамического момента на ведущем колесе механизма выравнивания, благодаря чему снижаются крутильные колебания в приводе ножниц и повышается точность отрезаемой длины (если длина отрезанного листа составляет 460 - 1100 мм) до ±0,5 мм. Соответствие угловой скорости длине отрезаемого листа достигается фазовым разворотом некруглых колес относительно положения плоскости резания.
Применяют несколько разновидностей некруглых колес в механизмах выравнивания -с эллиптическими колесами; с некруглыми колесами, обеспечивающими постоянство энергетического уровня системы; с круглыми ведущими и некруглыми ведомыми колесами. Использование того или иного вида некруглых колес определяется кинематическими особенностями передачи и технологическими возможностями завода-изготовителя.
Рис. 8.17.21. Кинематическая схема летучих ножниц с некруглыми зубчатыми колесами механизма выравнивания скоростей
784
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Из формулы (8.17.3) следует, что при vn = vh изменить длину отрезаемых кусков можно, регулируя радиусы ножей.
Ножницы с радиальным выравниванием скоростей лучше динамически уравновешены, чем ножницы с рассмотренными механизмами выравнивания скоростей, хотя конструктивно более сложны.
Автоматизация процесса резания. Развитие систем электропривода и автоматизации позволяет в ряде случаев исключить жесткую механическую связь подающих роликов с летучими ножницами и механизмы выравнивания скоростей, передав их функции электроприводу, работающему по заданной программе. Например, созданы электрически управляемые качающиеся ножницы для агрегатов поперечной резки полос в диапазоне длин листов 2000 - 6000 мм с допуском ±(0,3 - 0,8) мм, работающие при скоростях до 2,0 м/с.
Возвратно-поступательные ножницы, изготовляемые рядом зарубежных фирм, применяют в потоке МНЛЗ. Поскольку МНЛЗ для сортовых заготовок многоручьевые с расстоянием между ручьями порядка 800 мм, то ножницы должны быть очень компактными, что достигается благодаря применению закрытой рамы режущего механизма со встроенным в нее гидроцилиндром высокого давления (рис. 8.17.22). Рама ножниц 1 с закрепленным верхним ножом 2 имеет возможность перемещаться по ходу металла в роликовых направляющих 3. Резание осуществляется в результате движения нижнего ножа 4 в направляющих рамы под воздействием рабочего гидроцилиндра 5. Вспомогательный гидроцилиндр 6 возвращает раму ножниц в исходное положение.
Рис. 8.17.22. Возвратно-поступательные ножницы с гидроприводом
Насосную установку с системой ее управления располагают в непосредственной близости от ножниц. Обычно ее выполняют без гидроаккумуляторов. Связь ножниц с насосной установкой осуществляется через шланги, рассчитанные на давление до 40 МПа.
Качающиеся ножницы с верхней подвеской получили название маятниковых.
Наиболее быстроходные ножницы, сила резания которых 2 МН, разработаны ВНИИМЕТМАШ для обрезки передних концов и аварийной разрезки заготовок 150 х 150 мм перед второй группой клетей непрерывного заготовочного стана 900/700/500 при скорости движения полос до 2,6 м/с.
Маятник 1 (рис. 8.17.23) ножниц установлен ца эксцентриковом валу 2 механизма резания. Опоры вала смонтированы в станине. Исходное положение маятника с отклонением от вертикали на угол 10° определяется контргрузом 3 и передним пружинным амортизатором, на который опирается упор 4 маятника. Ножницы работают в режиме запуска, т.е. при каждом резе включаются от электродвигателя постоянного тока мощностью 1200 кВт через одноступенчатый редуктор. При вращении эксцентрикового вала верхний ножевой суппорт
Рис. 8.17.23. Маятник ножниц силой резания 2 МН
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
785
5 опускается, производя резание. Маятник в процессе резания отклоняется движущейся полосой и возвращается в исходное положение после вывода ножей из зоны резания под воздействием контргруза. Для торможения маятника предусмотрено устройство гидротормо
жения, состоящее из гидроцилиндра с клапанами и дроссельной шайбой.
ПО "Уралмашзавод" разработало гидравлические качающиеся ножницы силой резания 30 МН для разрезки заготовок сечением до 250 х 1800 мм в потоке МНЛЗ (рис. 8.17.24).
Рис. 8.17.24. Качающиеся ножницы силой резания 30 МН с гидроприводом
786
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Силовая рама 1 ножниц собрана из литых и кованых элементов, соединенных между собой анкерными стяжками и клиньями. Рама опирается на две шарнирные опоры 2, относительно которых осуществляется качание ножниц. В нижней поперечине рамы выполнены расточки для двух рабочих гидроцилиндров. Их плунжеры 3 через песты с шаровыми опорами связаны с подвижным суппортом 4 нижнего ножа 5. Суппорт установлен в направляющих скольжения, выполненных в боковинах рамы. На верхней поперечине рамы установлены четыре одинаковых плунжерных гидроцилиндра - два цилиндра 6 возврата суппорта и два цилиндра 7 прижимов 8. Верхний нож 9 крепят в пазу верхней поперечины рамы. Качание рамы осуществляется цилиндром, шток которого соединен шарнирной тягой 10 с рамой.
При команде на рез давление подается к цилиндру качания и к рабочим цилиндрам суппорта, суппорт движется вверх, а ножницы отклоняются по ходу движения слитка. По окончании резания снимается давление в рабочих цилиндрах и суппорт вместе с прижимами и отрезанной частью слитка опускается в исходное положение. Переключением давления в цилиндре качания ножницы возвращаются в исходное положение. Резание слитка выполняется при скорости до 0,7 м/мин. Гидросистема рассчитана на работу при давлении 32 МПа.
Кинематическая схема качающихся н о ж н и ц , и с п о л ь з у е м ы х в агрегатах поперечной резки холодно- и горячекатаных полос, показана на рис. 8.17.25. Рама 2 ножниц с закрепленным в ней верхним ножом 1 установлена в подшипниках главного эксцентрикового вала 3, при вращении которого верхний нож движется по траектории, приведенной на рис. 8.17.18. Вертикальный ход ножа зависит от эксцентриситета ej, а амплитуда качания рамы - от эксцентриситета ^2, который можно регулировать через кривошип 4У изменяя амплитуду качания синхронизирующего вала 5 и связанной с ним через шатун 6 рамы. Механизм синхронизации является одним из блоков настройки ножниц на заданную отрезаемую длину, поскольку изменение амплитуды качания рамы позволяет регулировать мгновенные значения скоростей сопровождения ножом разрезаемого металла.
Нижний наклонный или шевронный нож 7, закрепленный в подвижном суппорте 8 рамы, перемещается в направляющих скольжения рамы по траекториям* показанным на рис. 8.17.18. Вертикальное движение ножа осуществляется в результате вращения полого вала 9 с эксцентриситетом е$у смонтированного в подшипниках главного эксцентрико
вого вала и приводимого через коробку скоростей 10 и зубчатую пару 11 с / = 1. Благодаря коробке скоростей механизма пропуска реза можно уменьшить частоту вращения полого эксцентрикового вала в целое число раз по отношению к частоте вращения главного коленчатого вала, что обеспечивает заданное число пропусков реза.
Кинематическая схема ножниц 1 с подающими роликами 2 и электродвигателем постоянного тока 3 дана на рис. 8.17.26. Длина отрезаемой полосы определяется зависимостью, полученной преобразованием формулы (8.17.2):
L iulriHk 'р
где f/p - диаметр роликов подающего устройства; 41 и /р - передаточные числа соответственно от электродвигателя к ножницам и от электродвигателя к роликам подающего устройства.
Пятиступенчатая коробка скоростей 4 позволяет регулировать число ходов рамы ножниц для получения дискретных длин 600 - 1100 мм.
Установленный в цепи подающих роликов дифференциальный редуктор 5 (см. рис. 8.17.26) с бесступенчатым вариатором скоростей 6, имеющим диапазон регулирования /в = 0,5 - 2,0, позволяет перекрыть зону каждого дискретного шага коробки скоростей 4 и получить непрерывный ряд длин 600 -1300 мм. Например, если требуется резать полосу на отрезки длиной 1200 мм, рычагом управления 7 коробки 4 устанавливают передаточное число /5 с переводом вариатора на 4 = 1,25. Длину, вдвое большую, т.е. 2400 мм получают уставкой редуктора 8 механизма пропуска реза на к = 2. Последней операцией настройки ножниц является регулирование амплитуды качания рамы с помощью эксцентриситета (см. рис. 8.17.25).
На рис. 8.17.27 приведена установка, состоящая из ножниц и правильной машины, которая выполняет также функцию подачи полосы в ножницы. Совершенствование ножниц этого типа состоит в расширении диапазона длин отрезаемых листов до 8£0, снижении динамических нагрузок от масс, совершающих возвратно-поступательное движение, а также в создании механизмов, обеспечивающих регулирование отрезаемых длин "на ходу", что важно для непрерывных линий отделки, где полоса идет непрерывно, например для линий электролитического покрытия.
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
787
Рис. 8.17.26. Кинематическая схема качающихся ножниц с нравильно-подающим устройством
788
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.17.27. Качающиеся ножницы агрегатов поперечной резки полос
Кривошипно-коромысловые ножницы применяют, в основном, для разрезки проката компактного сечения (квадратных и круглых заготовок, сортового проката), поэтому по нагрузочным характеристикам возможна консольная установка ножей, что удобно в эксплуатации.
На ножницах используют режим запуска на каждый рез при получении отрезков проката большой длины и обрезке его передних концов, а также режим непрерывного вращения режущего механизма с выравниванием скоростей или без выравнивания при отрезке проката небольших длин и при работе аварийной ситуации, когда нарушен технологический процесс.
Кривошипно-коромысловые ножницы с радиальным ступенчатым выравниванием скоростей и эксцентриковым механизмом пропуска реза (рис. 8.17.28) конструкции ВНИИМЕТМАШа предназначены для разрезки проката на длины 5 - 12 м в потоке непрерывных заготовочных станов.
Ножи 15 закреплены в головках шатунов 8. Каждый шатун с приводной стороны опирается на палец 5 кривошипа 9, а с другой стороны - на закрепленное в станине коромысло 7. Кривошип установлен в эксцентричной расточке вала 12 механизма пропуска реза, а вал, свою очередь - в расточке водила 10, смонтированного в подшипниках корпуса ножниц. Кривошип связан с водилом через
шарниры 3 и 4 серьгой 6, необходимой для смещения центра вращения кривошипа относительно водила. Верхнее и нижнее водила связаны зубчатыми колесами 11 и 2, приводимыми во вращение через шестерню 1. Эксцентриковые валы также связаны между собой шестернями 13, 14, 16 и 17. Шестерня 14 приводная через редуктор пропуска реза.
Угловая скорость вращения водил, соответствующая скорости полосы, устанавливается автоматически рехулированием скорости электродвигателя ножниц в функции скорости прокатки. Выравнивание скорости ножей с полосой и ступенчатое изменение длины отрезаемых заготовок осуществляется одним и тем же эксцентриковым механизмом, что является преимуществом этих ножниц.
Ножницы работают при обрезке переднего конца полосы в режиме запуска на рез, а при делении полосы на мерные длины - в режиме непрерывного вращения с одним -тремя пропусками реза. При одновременном вращении эксцентрика и водила процесс резания происходит всякий раз, когда режущий механизм находится в положении, показанном на кинематической схеме (см. рис. 8.17.28, б), или близком к нему. Число пропусков реза и получение необходимых мерных длин зависит от установки определенного отношения ®э/®в> Аля чего служит редуктор пропуска реза. Он представляет собой коробку скоростей с шестью передаточными числами, соответствующими шести ®э/®в: 1/2; 1/3;
а)	б)
Рис. 8.17.28. Кривошипно-коромысловые ножницы (а) с радиальным ступенчатым выравниванием скоростей и их кинематическая схема (6)
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ	789
790
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
1/4; 3/2; 4/3; 5/4 и шести значениям длин отрезаемых заготовок: 5; 7,5; 10 и 6; 9; 12 м. Для первых трех значений основная длина Lo = 2,5 м, для вторых - 3 м. Получение двух основных длин обусловлено следующим: при ®э » ®в можно считать, что в зоне резания радиус вращения режущей кромки ножей равен радиусу вращения кривошипа: Д, « 7^р, а при соэ > сов 12ц «	+ 1^кр-
Так как окружные скорости ножа в зоне резания длл обоих случаев одинаковы, то угловые скорости, а следовательно, время одного оборота и кратные длины должны быть различными. Размеры кинематических звеньев выбирают такими, чтобы обеспечить указанный ряд длин.
Механическая часть кривошипнокоромысловых ножниц существенно упростится, если ножницы выполнить с электрическим выравниванием скоростей, т.е. использовать для регулирования длин отрезаемых заготовок электродвигатель, работающий в режиме переменной угловой скорости за один цикл резания.
Однако, электрическое выравнивание скоростей приводит к большему, по сравнению с механическим, расходу электроэнергии, при этом режущий механизм ножниц и детали привода работают в более тяжелых условиях.
Планетарные ножницы, созданные ВНИИМЕТМАШем совместно с СКМЗ, позволяют повысить скорость прокатки до 7 м/с на непрерывных заготовочных станах. На рис. 8.17.29 приведена кинематическая схема рычажно-планетарных ножниц с силой резания 1,5 МН в потоке непрерывного заготовительного стана (НЗС).
Рис. 8.17.29. Кинематическая схема рычажно-планетарных ножниц
Режущий механизм ножниц имеет два несущих барабана, смонтированных в станине на подшипниках качения. Каждый барабан является водилом планетарного механизма, в котором сателлит, несущий режущую головку, соединен с солнечной шестерней через промежуточное зубчатое колесо. Планетарный механизм построен по принципу Ферпо-ссона: числа зубьев солнечной шестерни и сателлита равны, поэтому при вращающемся водиле и неподвижной солнечной шестерне сателлит и, соответственно, режущая головка совершают плоское поступательное движение по круговой траектории. Несущие барабаны замкнуты через зубчатые колеса с / = 1 и приводятся во вращение электродвигателем постоянного тока мощностью 1300 кВт и частотой вращения 200 об/мин. В приводе предусмотрен комбинированный редуктор с передаточным числом i — 3,7, в котором осуществляется также отбор мощности для работы механизма пропуска реза.
Отрезка проката основной длины Lo = 6 м проводится без пропуска реза, при этом антипараллелограмм, связывающий солнечные шестерни верхнего и нижнего барабанов и приводящий его во вращение кривошипношатунный механизм, остановлены в положении, обеспечивающем разрезку. При работе с одним пропуском реза отрезаемая длина равна 12 м, для этого кривошипно-шатунный механизм приводится во вращение с частотой, вдвое меньшей, чем частота вращения несущих барабанов. Посредством антипараллелограмма этот механизм поворачивает солнечные шестерни в разные стороны на угол, достаточный для пропуска реза.
Режим работы ножниц - непрерывный с вращением барабанов синхронно с движением полосы или с обгоном полосы до 20 %, что позволяет резать прокат на длины 5 - 6 м без пропуска реза и на длины 10 - 12 м при работе с пропуском реза. Такое регулирование позволяет осуществить безостаточный раскрой заготовок в потоке НЗС.
Недостатком этих ножниц по сравнению с кривошипно-коромысловым, является более сложная конструкция механизма резания и большой суммарный маховой момент вращающихся масс, что требует применения электродвигателя большей мощности.
Барабанные ножницы просты по конструкции, надежны в эксплуатации и быстроходны. Их основной недостаток, связанный с поворотом ножей в зоне резания, преодолевается специальным профилированием режущих граней ножей, поэтому их применяют при разрезке тонких и толстых листов, сортового проката и труб.
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
791
Барабанные ножницы для обрезки переднего и заднего концов полос при подаче их в чистовую труппу непрерывного широкополосного стана приведены на рис. 8.17.30. Ножницы разработаны ВНИИМЕТМАШем и СКМЗ.
В расточках станины на подшипниках качения установлены два барабана, в пазах которых с помощью клиньев закреплены ножи. Барабаны связаны косозубыми шестернями, оборудованными устройствами для выбора зазоров в зубьях. Благодаря косозубому зацеплению легко осуществляется регулирование зазора между ножами осевым перемещением верхнего барабана относительно нижнего. Ножницы изготовляют с одной или двумя парами наклонных ножей. Первая пара ножей обеспечивает обрезку переднего конца полосы с шевронным в плане профилем среза для снижения динамических нагрузок при подаче проката в клети чистовой группы, а вторая пара ножей выполняет прямой в плане срез заднего конца полосы для уменьшения "рыбьего хвоста” на готовой полосе.
Ножницы работают в режиме запуска на каждый рез. При установке двух пар ножей пути разгона и торможения сокращаются при
мерно в 2 раза, поэтому необходимо увеличить мощность двигателя и ввести режим запуска с реверсом барабанов. В табл. 8.17.7 даны технические характеристики ножниц, поставляемых СКМЗ.
В агрегатах поперечной резки полос толщиной 0,15 - 0,6 и шириной 500 - 1000 мм применяют барабанные ножницы с механизмом синхронизации горизонтальной составляющей скорости движения ножей и поступательной скорости полосы с некруглыми зубчатыми колесами. Впервые эти ножницы были предложены фирмой "Хадден - Робертсон" (США). Основными узлами ножниц (рис. 8.17.31) являются рабочая клеть 7, правильно-подающее устройство 2 и связывающий их общий электромеханический привод 3. Барабаны 4 с ножами располагаются в рабочей клети и соединяются между собой косозубыми шестернями с механизмами выбора зазоров в зацеплении. Правильная машина имеет четырнадцать рабочих роликов и три пары подающих, которые приводятся во вращение через универсальные шпиндели от комбинированной шестеренной клети.
Рис. 8.17.30. Листовые барабанные ножницы в потоке непрерывного широкополосного стана
%.ПЛ, Технические характеристики барабанных ножниц
	Модель ножниц						
Параметры	БЛЗО х 1200	БЛ40 х 1550	БЛ50 х 600	БЛ45 х 1550	БЛ35 х 2350	БЛ50 х 1850	БЛ45 х 1550У
Сила резания, МН	1,0	1,5	2,0		2,8	з,о	3,5
Максимальные размеры разрезаемой							
полосы, мм:							
толщина	30	40	50	45	35	50	45
ширина	1200	1550	600	1550	2350	1850	1550
Минимальная температура проката, °C				950			
Скорость движения полосы, м/с	0,8 - 2,2	0,7 - 2,2	1,0 - 2,0	0,86 - 2,8	0,6 - 2,4	0,4 - 2,0	0,6 - 2,0
Число пар ножей		1			2		1
Наклон ножей, рад	0,040	0,035	0,075	0,050	0,025	0,040	0,035
Мощность главного привода, кВт	880	2000	880	2100	2000	2100	2 х 1650
Размеры ножниц, мм:							
в плане:							
длина	11 600	14 000	20 600	15 800	15 400	17 000	14 500
ширина							
вдоль линии прокатки	3200	6700	3200	6700	5600	6700	6300
Масса, т	107	190	116	230	160	220	175
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
КОНСТРУКЦИИ ЛЕТУЧИХ НОЖНИЦ ПОПЕРЕЧНОЙ РЕЗКИ
793
Рис. 8.17.31. Кинематическая схема барабанных ножниц с правильно-подающим устройством
Электромеханический привод состоит из главного электродвигателя 5, коробки скоростей 6, дифференциального редуктора с бесступенчатым вариатором 7 и механизма выравнивания скоростей 8. С помощью коробки скоростей и вариатора можно получить любую длину листов в пределах 500 - 1000 мм, а механизм выравнивания скоростей, который состоит из двух групп эллиптических зубчатых колес, используют для синхронизации скоростей движения ножей и разрезаемой полосы. Установкой маховика на валу 9 добиваются снижения динамических нагрузок в кинематической цепи ножниц. При этом соответствие
угловой скорости ножей длине отрезаемого листа достигается фазовым разворотом некруглых колес относительно положения плоскости реза.
Недостаток такого регулирования заключается в том, что кинематические характеристики некруглых колес определяются максимальной длиной отрезаемого листа и остаются неизменными для других длин, в связи с чем разрезка листов небольшой длины осуществляется с меньшей скоростью. Чтобы компенсировать этот недостаток, в ножницах установлены две пары некруглых колес с диапазонами изменения передаточного отношения 1 - 2 и
794
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
О - 1,5. Первую пару колес используют для максимального и минимального диапазонов длин получаемых листов, вторую - для диапазона длин, близких к основной.
Развитие конструкции барабанных ножниц этого типа идет в направлении применения некруглых колес, обеспечивающих постоянство энергетического уровня системы и улучшающих динамическую уравновешенность машины. Ножницы японской фирмы "ИХИ" обеспечивают, например, разрезку жести на длины с допуском ±0,3 мм при скорости полосы до 6,3 м/с.
Перспективна установка на ножницах этого типа наклонных ножей, что позволит значительно снизить силу резания, повысить стойкость режущих кромок и облегчить конструкцию ножниц.
На сортовых станах барабанные ножницы обычно работают в режиме запуска на резание. Их используют для деления раската на длины, соответствующие длине холодильника, и для обрезки концов проката между группами клетей. Для снижения мощности привода ножницы часто оборудуют механизмами пропуска реза, позволяющими увеличить пути разгона и торможения ножниц.
Дисковые ножницы, отличаясь простотой конструкции, обеспечивают, вместе с тем, обрезку передних и задних утолщенных концов круглого проката малых сечений в потоке проволочных станов при скоростях проката до 60 м/с при подаче его в моталки или виткооб-разователи. Ножницы (рис. 8.17.32) имеют два дисковых ножа, оси которых расположены под
Рис. 8.17.32. Принципиальная схема дисковых ножниц для резки катанки
углом около 45° к направлению движения проката. Ножи вращаются в противоположные стороны со скоростью, составляющая которой в направлении движения проката совпадает с последней. Для разрезки полосу вводят между ножевыми дисками с помощью направляющих проводок, перемещающих ее из положения 1 в положение 2.
Для обеспечения отрезки переднего и заднего концов, а также крошения их на короткие куски в линии проволочного стана устанавливают двое дисковых ножниц с системой проводок и работающие в режиме непрерывного вращения барабанные ножницы с циклоном для уборки обрезков.
8.17.5.	КОНСТРУКЦИИ НОЖНИЦ ПРОДОЛЬНОЙ РЕЗКИ
Дисковые двухпарные ножницы 25 х 2600 конструкции ПО "Уралмаш” (рис. 8.17.33) предназначены для обрезки боковых кромок полос толщиной 4 - 25 и шириной 1000 -2600 мм при <ув = 800 МПа. Диаметр дисковых ножей 1 равен 920 - 1000 мм. Приводом ножниц являются электродвигатель мощностью 200 кВт, редуктор и вал 3 (i = 23,9), шестерни 4, встроенные в ножницы (/ = 2,63); скорость резания 0,3 м/с. На заданную ширину полосы ножницы настраивают перемещением правой станины 5 по направляющим 6 с помощью ходового винта, приводимого электродвигателем мощностью 3,5 кВт через редуктор. Дисковые ножи закреплены на приводных валах 7, установленных на роликовых подшипниках 2 в эксцентриковых втулках 8. Перекрытие ножей регулируют, изменяя расстояние между осями ножей, поворотом эксцентриковых втулок червячными венцами 9. Эти венцы приводятся во вращение червяками, соединенными с электродвигателем 10. Боковой зазор между ножами регулируют, смещая в осевом направлении эксцентриковые втулки (вместе с приводными валами) при повороте внутренних червячных венцов 11 с резьбой штурвалами 12, соединенными с червяками. Для направления и прижима полосы при резке используют неприводные верхние и нижние ролики 13. Для направления отрезанных кромок вниз к кромкокрошительным ножницам верхние дисковые ножи смещены по отношению к нижним на 150 мм по направлению движения полосы.
Рассмотренные дисковые ножницы оборудуют кромкокрошителем (рис. 8.17.34), предназначенным для разрезки на короткие куски обрезанных кромок. Для разрезки левой и правой кромок шириной 10 - 150 мм устанавливают двое кромкокрошительных ножниц. Станина 1 правых ножниц может передвигаться по плитовинам 2 от электродвигателя через
КОНСТРУКЦИИ НОЖНИЦ ПРОДОЛЬНОЙ РЕЗКИ
795
1000-2600
Разре* по ло&ой станин*
Рис. 8.17.33. Двухпарные дисковые ножницы
Рис. 8.17.34. Кромкокрошительные ножницы
796
Глава 8.17. НОЖНИЦЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
винтовой привод 3. Кулачковый вал 4 приводится во вращение электродвигателем переменного тока мощностью 197 кВт через редуктор с i = 23,9 и сообщает движение обоим ножницам, кулачки 5 которых смещены на 130° по отношению друг к другу для поочередной резки. По кинематике ножницы являются летучими. Корпус 6 ножниц совершает качательное движение со скоростью, соответствующей скорости движения кромки. Качательное движение создается приводным профилированным кулачком 7. Нижний нож 8 от кулачка 5 движется поступательно, при встрече с верхним ножом происходит резание кромки.
Дисковые многопарные ножницы (рис. 8.17.35) используют для обрезки боковых кромок у полосы шириной 1000 и толщиной 0,2 - 0,6 мм и ее продольного роспуска на узкие полосы. Дисковые ножи 20 х 250 мм установлены на цилиндрических оправках (на шпонках), расстояние между ножами фиксируется дистанционными кольцами, оправки установлены на сферических роликоподшипниках и приводятся во вращение электродвигателем мощностью 5,8 кВт через редуктор и шестеренную клеть. Скорость резания 1 - 5 м/с. Величину перекрытия ножей по вертикали регулируют нажимными винтами с
ручным приводом. Перевалка ножевого комплекта осуществляется выдвижением оправок с подушками. Сменный комплект готовят на специальном стенде, устанавливая боковой зазор между ножами с требуемым допуском.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Баранов Н. М. Динамика рычажнопланетарных летучих ножниц при порезке с обгоном Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1979. № 60. 149 с.
2.	Бойденко Н. Г., Капота В. П., Панюх-но В. Я. Профилирование инструмента ножниц с катящимся резом // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1986. 221 с.
3.	Буров А. С., Подольская Е. В. Ножницы холодной резки фасонных профилей // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1979. № 60. 149 с.
4.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976. 544 с.
5.	Крылов Н. И., Попов Б. В., Сумский С. Н. Режущие машины ВНИИМЕТМАШ для прокатных цехов и машин непрерывного литья стали // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1974. № 36. 196 с.
Рис. 8.17.35. Дисковые многопарные ножницы
НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПИЛ
797
6.	Крылов Н. И., Попов Б. В., Тарасов Б. М. Исследование резания листового проката на барабанных летучих ножницах с наклонными ножами // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1970. № 28. 210 с.
7.	Леонов И. С., Фуга Г. П., Крылов Т. Л., Песоцкий В. Г. Ножницы для резки листового и сортового проката. М.: Машиностроение, 1972. 375 с.
8.	Поликарпов Ю. В., Самарин А. П., Сумский С. Н. Определение основных параметров режущего механизма барабанных летучих ножниц с наклонными ножами упрощенной конструкции Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1979, № 60. 149 с.
9.	Расчет и конструирование коробок скоростей летучих ножниц с бесступенчатым регулированием передаточного отношения / Н. И. Крылов, В. И. Дунаевский, А. П. Самарин и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1979. № 60. 149 с.
10.	Расчет летучих барабанных ножниц с фасонными ножами / А. 3. Слоним, М. Н. Васьковцев, Д. В. Лямин и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1986. 221 с.
11.	Режущие машины прокатных цехов / Е. А. Жукович-Стоша, А. 3. Слоним, П. И. Сидоров и др. // НИИИНФОРМТЯЖМАШ А14-70, 1971. Ч. I и II. 278 с.
12.	Целиков А. И., Смирнов В. В. Прокатные станы. М.: Металлургиздат, 1958. 432 с.
13.	Целиков А. И., Полухин П. И., Гре-беник В. М. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т. 3. Машины и агрегаты для производства и отделки проката. М.: Металлургия, 1981. 576 с.
14.	Шейкман В. Д. Механизмы выравнивания скоростей с некруглыми колесами барабанных летучих ножниц // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1988. 208 с.
Глава 8.18
ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
8.18.1. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПИЛ
Назначение пил. Использование в качестве режущих средств металлургических цехов различных видов пил диктуется требованиями нормативных документов к качеству поверхностей торцев товарного проката и заготовок, которое невозможно достичь на ножницах. Кроме того, в связи с развитием технологии резания и конструкций пил экономически целесообразна замена ножниц на пилы в агрегатах прокатных и кузнечных цехов, производящих заготовки большого сечения.
Классификация пил. По назначению пилы можно подразделить на два класса: пилы горячего резания (ПГР) и пилы холодного резания (ПХР).
Каждый из этих классов объединяет пилы для разделения проката и заготовок в неподвижном состоянии (стационарные пилы) и движущегося проката (летучие пилы).
Стационарные ПГР могут быть салазковыми, рычажными и роторными. Их применяют на рельсобалочных, крупносортных и трубозаготовочных станах для разделения фасонного проката, квадратных и круглых заготовок на товарные длины после выхода их из стана при температурах 650 - 1000 °C. Нижний диапазон температур используют при разрезке термоупрочненного проката. Кроме того, на крупносортных станах ПГР применяют после черновой группы клетей для качественного деления фасонного раската на кратные длины и обрезки его переднего конца.
На трубопрокатных агрегатах, предназначенных для производства труб диаметром до 426 мм, стационарные ПГР устанавливают перед станом для деления на кратные длины непрерывно-литых заготовок сечением до 340 х 340 мм.
В кузнечных цехах ПГР применяют на ротационно-ковочных машинах для разделения заготовок диаметром до 500 мм постоянного и переменного по длине сечений.
Летучие ПГР с планетарным движением режущей каретки используют в качестве основного режущего средства на непрерывных агрегатах печной сварки труб, а также на трубопрокатных агрегатах для разделения в потоке на товарные длины труб диаметром 13 -89 мм при скорости их движения 0,7 - 13 м/с.
Летучие ПГР с возвратно-поступательным движением режущей каретки используют для качественной разрезки круглых литых заготовок на одноручьевых машинах непрерывного литья медных сплавов при скорости движения заготовок 0,5 - 3 м/мин.
Стационарные ПХР применяют в прокатных цехах на участках раскроя под прокатку при необходимости получения качественной поверхности торца заготовки, а также на участках отделки готового проката и труб. Режущим инструментом этих пил являются диски из низколегированных сталей, фрезы с твердосплавными пластинами и абразивные круги.
Летучие ПХР с возвратно -поступательным движением режущей каретки устанавливают на трубоэлектросварочных агрегатах для разделения труб диаметром 10 - 76 мм на товарные длины и для той же цели - на профилегибочных агрегатах при делении закрытых профилей, которые не могут быть разрезаны на летучих ножницах.
Летучие ПХР с планетарным движением режущей каретки используют в потоке грубо-электросварочных агрегатов для разрезки труб диаметром 10 - 76 мм при скорости движения труб 1-4 м/с. Материал труб - сплавы алюминия.
798
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
8.18.2. ПИЛЬНЫЕ ДИСКИ
В 60-е гг. в СССР производительность процесса резания на пилах и стойкость дисков при горячем резании были повышены примерно на порядок в результате форсирования скоростей подач и совершенствования конструкции пильных дисков.
Далее изложены требования к пильным дискам, предназначенным для работы со скоростями резания 80 - 120 м/с и скоростями подачи 0,005 - 1,7 м/с при разделении проката и заготовок в горячем и холодном состояниях.
Конструкция пильных дисков. Основные конструктивные параметры (размеры, м) пильных дисков - номинальный наружный диаметр Dy диаметр посадочного отверстия d> диаметр крепящей диск планшайбы dn, толщина диска S, форма зубьев и их шаг t - выбирают из следующих соображений.
Минимальный наружный диаметр определяют из условия перекрытия свободным полем диска сечения разрезаемого проката при движении центра диска по траектории, заданной механизмом подачи. Для обеспечения переточки номинальный диаметр диска должен быть в 1,1 раза больше минимального.
Свободное поле диска определяется вылетом периферии зубьев над крепящей диск планшайбой. Во избежание потери устойчивости равновесия плоской формы диска и повышения частоты собственных колебаний диска диаметр планшайбы принимают следующим: dn = (0,4 - 0,5)2).
В зависимости от назначения пил в них используют пильные диски следующих номинальных диаметров, м:
стационарные ПГР................. 1,0	- 3,2
летучие ПГР...................... 0,56	-	0,70
стационарные ПХР................. 0,63	-	2,0
летучие ПХР...................... 0,56	-	1,0.
Диаметр посадочного отверстия принимают: d = (0,20 - 0,25)Д Для равномерного износа зубьев по диаметру посадочное отверстие должно быть строго концентрично и выполнено с жестким допуском для скользящей посадки на ступицу планшайбы или вал. Износ посадочных мест диска и сопряженной детали зависит от напряжения в контакте, максимальное значение которого находят по формуле, полученной на основе анализа контактной задачи И. Я. Штаермана
_	Л(2,62 - 0Л5фр)
и™ Sy(sin(poCOS(Po+Фо) ’
где сгтах - в Па; R - радиальная составляющая силы резания, Н; сро - половина угла контакта диска с сопряженной деталью, радианы.
Толщина диска зависит от его диаметра:
S = (0,18-0,20)72).
Приведенная формула - эмпирическая.
Заготовками для дисков являются листы, прокатанные, как правило, на толстолистовых станах. В этом случае продольная и поперечная разнотолщинности листа, находящиеся в пределах допуска на его толщину, достигают значений, не удовлетворяющих условиям работы полотна пильного диска. Разнотолщин-ность полотна диска приводит к росту танген-циаль-ной составляющей силы резания, динамических сил на подшипниках вала диска, повышенному и неравномерному износу зубьев, поэтому при изготовлении дисков следует подвергать шлифовке их боковые поверхности.
Шаг и форма зубьев зависят от размеров сечения разрезаемого проката, толщины его полок и стенок (если профиль фасонный), а также от сил резания. С увеличением размеров разрезаемого сечения возрастет путь, проходимый каждым зубом по длине дуги контакта с заготовкой, в связи с чем растет объем сливной стружки, заполняющей впадину между зубьями.
Во избежание забивания впадины стружкой шаг зубьев рекомендуется выбирать по формуле
л 2и£ kJw
где и и v - скорости диска соответственно подачи и окружная, м/с; t - максимальная длина сечения разрезаемой заготовки, м; к% - коэффициент заполнения впадины зуба (к^ = 0,2 - 0,4);	- коэффициент высоты зуба
(*0 = 0,4 - 0,5).
При изготовлении дисков по современной технологии, допускающей число заточек зубьев до 3 - 5, принимают минимальные значения коэффициентов k% и к$. Зуб диска пилы под действием силы резания работает на изгиб как балка переменного сечения в заделке. Для ПГР нарезают зубья в виде равнобедренного треугольника с шагом 6 - 32 мм (рис. 8.18.1, д), а также трапецеидальной формы (рис. 8.18.1, би в) с шагом 6-120 мм. Трапецеидальные зубья имеют ряд преимуществ при работе на форсированных режимах подач (и = 0,3 - 1,5 м/с) вследствие меньших изгибающих напряжений в теле зуба и возможности широкого варьирования передним а и задним у углами заточки. При разрезке изделий больших сечений угол а выполняют отрицательным для лучшего отвода теплоты от режущей кромки. Для снижения
ПИЛЬНЫЕ диски
799
Рис. 8.18.1. Формы зубьев пил горячего резания
б)
Рис. 8.18.2. Форма зубьев пил холодного резания
сил резания при разрезке тонкостенных профилей во избежание их деформации принимают угол а положительным. На практике используют следующие значения угла: а = +10 - -30°.
Задний угол заточки выбирают из условия
у £ arctg-^2-, vmin
где umax - максимальное значение скорости подачи, м/с; - минимальное значение скорости резания, м/с.
Вследствие работы зуба на изгиб в условиях циклического нагружения долговечность диска зависит от усталостных напряжений, возникающих во впадинах между зубьями. В результате исследований, проведенных на ПГР и ПХР по выявлению влияния на долговечность диска радиуса р закругления во впадине зуба, выработаны следующие рекомендации:
р » (0,2 - 0,3)/.
Для ПХР применяют диски с режущими элементами, показанными на рис. 8.18.2. Наибольшее распространение для разрезки крупносортного проката и заготовок получили зубья с шагом / = 6 - 14 мм, шириной площадки притупления b = 2 - 4 мм, углом а = 30° и радиусом закругления р = 2 - 4 мм (см. рис. 8.18.3, б). Процесс разделения проката такими зубьями лишь очень условно можно отнести к классическому процессу резания, поскольку толщина среза при реализуемых
скоростях V = 80 - 135 м/с и и = 0,005 - 0,04 м/с составляет 0,4 - 4 мкм, что на два - три порядка меньше радиуса закругления режущей кромки зуба. В связи с этим разделение проката сопровождается интенсивным разогревом поверхностных слоев металла и их выдавливанием из зоны деформации.
Наряду с разогревом металла происходит также разогрев периферии диска, что при гладком внешнем контуре (диск трения радиусом Д см. рис. 8.18.2, а) приводит к потере устойчивости диска. Наличие зубьев препятствует образованию тарельчатости, способствует лучшему теплоотводу и отделению продуктов резания.
На летучих ПХР зубья дисков имеют трапецеидальную форму (см. рис. 8.18.2, в) шагом t = 5 - 10 мм, а = 10 - 15° и р = 1,5 -2,5 мм. Форма зубьев и их шаг определяются условиями резания остролезвийным инструментом (V = 80 - 100 м/с и и = 0,3 - 0,8 м/с) тонкостенных гнутых профилей и труб.
Напряжения в теле диска пилы. В процессе работы в диске возникают следующие напряжения: от действия центробежных сил, из-за перепада температур на внешнем и внутреннем контурах диска, а также от воздействия радиальной и тангенциальной составляющих силы резания. Единой методики расчета, учитывающей влияние всех этих составляющих, не существует.
Тангенциальные напряжения, возникающие в результате воздействия центробежных сил на внутренней поверхности центрального отверстия диска, ограничивают максимальную окружную скорости диска. При постоянной толщине диска с радиусом отверстия Г] и на
800
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
ружным радиусом тангенциальное напряжение О/ (Па) на расстоянии г от центра диска определяется зависимостью

(3 + ц)Тм<02 г2+г2 + Г1г2 1-3U 2 -----------тп л---------z	г
800 g I/ 1 г2 3 + ц )
(8.18.1)
где р. - коэффициент Пуассона; ® - угловая скорость диска, с1; ум - плотность материала диска; ум = 7750 кг/м3; g - ускорение силы тяжести; g = 9,81 м/с2.
v
Приняв Г1 = 0,2^2, г = Г1 и со = —, по-г2
лучим выражение для максимальной окружной скорости диска пилы (м/с):
v = 0,0124^7.
При [ст/] = 157 МПа v = 155 м/с. Практически скорость вращения дисков принимают в пределах 80 - 135 м/с.
Температурные напряжения оказывают большое влияние на частоту собственных колебаний диска и могут привести к потере им устойчивости равновесия плоской формы.
Расчеты показывают, если отношение наружного и внутреннего диаметров диска равно пяти, то температурные напряжения уже при перепаде температур 20° достигают 45 МПа. Для снижения термических напряжений диск необходимо интенсивно охлаждать. Обычно диски охлаждают водой высокого давления (0,6 - 3,5 МПа), которую подают на боковые поверхности зубьев через два коллектора, охватывающих примерно четверть периферии диска, и систему установленных на коллекторах форсунок. Для снижения расхода воды ее подачу осуществляют только во время процесса резания.
Один из возможных путей снижения термических напряжений в диске - их компенсация посредством создания напряжений растяжения на внешнем контуре диска ковкой или вальцовкой внутренней части полотна диска. Однако к этой операции прибегают очень редко из-за отсутствия специализированного оборудования и необходимости, вследствие этого, располагать высококвалифицированным персоналом.
Материал диска и термообработка. В процессе эксплуатации зубья дисков подвергаются сложному воздействию циклических силовых и температурных нагрузок, а вершины их - упругой и пластической деформации в условиях высоких контактных давлений и интенсивному истиранию о разрезаемый металл.
Соприкасаясь с горячим или разогретым в процессе резания металлом, рабочая поверхность зубьев разогревается до 850 °C, что приводит к их разупрочнению.
Для резания проката применяют диски из углеродистых сталей 50 и У7А, марганцовистых 50Г, 50Г2 и 65Г, хромистых 40Х и 37ХС, хромоникилевых 50ХН и 25ХНЗА, хромованадиевых 9ХФ и 5ХФА, а также хромомолибде-нованадиевых 40ХМ1Ф, 65ХМФ и 9ХМФ. Однако, примерно 60 % металлургических заводов используют для дисков сталь 65Г.
Широкий диапазон используемых сталей и методов изготовления пильных дисков связан с отсутствием централизованного изготовления пильных дисков для нужд металлургических заводов.
По результатам исследований резания сталей в горячем и холодном состояниях - в табл. 8.18.1 приведены рекомендуемые стали и требования к их термообработке, обеспечивающие высокие стойкость зубьев и долговечность дисков.
Стойкость инструмента и качество поверхностей резания. Основными факторами, влияющими на стойкость пильных дисков, являются режимы резания, материал, термическая обработка и качество изготовления диска, а также механические характеристики разрезаемого материала при температуре резания, геометрия зуба и условия его охлаждения в процессе резания. Режимы резания пилами различного назначения, стойкость инструмента и его долговечность приведены в табл. 8.18.2.
Число переточек. Общий срок службы диска или его долговечность определяется допустимым уменьшением его наружного диаметра в результате переточек, под которыми понимают обточку диска по наружному диаметру, при которой зубья полностью срезают и нарезают вновь. Практикой установлено допустимое уменьшение диаметра дисков - до 10 %, что обусловлено выносливостью материала тела диска в зоне режущих зубьев при асимметричном цикле изменения напряжений.
Диск приходит в негодность в результате появления трещин, начинающихся на периферии и распространяющихся в радиальном направлении к центру. При высоте зуба h = (0,45’ - 0,87)/ (t - шаг зубьев) в зависимости от формы зуба может быть реализовано 4-10 переточек, однако на практике предпочитают протачивать диск с уменьшением его радиуса на 2h для гарантированного снятия зарождающихся во впадине зубьев трещин. Поэтому число переточек реально не превышает пяти.
8.18.1. Рекомендуемые материалы дисков и виды термической обработки для действующего парка пил
Сечение разрезаемого профиля		Температура металла, °C	Режимы резания,		Марка стали диска	Термическая обработка диска			
Форма	Размер, х К)-3 м2		Скорость резания	Скорость подачи		Полотно	Зубья		
			м/с				Вид термического упрочнения	Твердость поверхности НКСЭ	Глубина термического упрочнения, мм
Круг, прямоугольник, фасонные толстостенные профили и трубы	2,8 - 196	800 - 1100	70 - 100	0,3 - 1,5	9ХМФ*; 65ХМФ*; 9ХФ; 65Г	Нормализация	Закалка с отпуском	51 - 56	Половина высоты зуба
Трубы	0,08 - 2,15	800 - 1000	100 - ПО	0,2 - 3,0	9ХФ*; 65Г				
Круг, прямоугольник, фасонные профили, трубы	2,8 - 58	600 - 1000	70 - 120	0,02 - 0,3	65Г*; 40Х*; 50	Нормализация, отпуск			
Круг, прямоугольник, фасонные профили, трубы	2,8 - 14,4	20	80 - 135	0,005-0,04	50Г*; 65Г*; 50		Закалка	56-61	1,0 - 2,0
Тонкостенные гнутые профили и трубы	0,05 - 4,8		80 - 100	0,05 - 0,80	9ХФ*; 65Г*	Нормализация			
* Наиболее предпочтительные марки сталей.
ПИЛЬНЫЕ ДИСКИ
8.18.2. Режимы резания, стойкость и долговечность пильных дисков
Назначение режущей машины	Площадь сечения разрезаемой заготовки, х Ю-з м2	Номинальный диаметр диска, м	Шаг зубьев, мм	Режимы резания		Производи-тельность процесса, х 10-3 м2/с	Стойкость нового диска*, м2	Число заточек	Стойкость диска с учетом заточек, м2	Число переточек	Долговечность диска	
				скорость резания	скорость подачи						Число резов, х Ю-з.	Общая площадь сечений разрезанных заготовок, м2
				м	/с							
Роторные пилы горячего резания сплошных фасонных профилей и труб	2,8 - 196	1,2 - 3,2	20-120	70 - 100	0,3 - 1,5	80 - 220	40 - 100	3 - 6	150 - 280	3 - 4	16-65	480 - 860
Салазковые	и рычажные пилы горячего резания сплошных фасонных профилей и труб	2,8 - 58	1,0 - 2,0	10 - 32	70 - 120	0,02 - 0,3	5- 16	10-30	2-4	32 - 100	3 - 4	6-21	70 - 200
Летучие пилы горячего резания труб	0,08.2,15	0,56 - 0,7	6-7	100 - 110	0,2 - 0,3	9-27	2 - 4	2-4	4-9,5	3 - 4	.1 - 5	9 - 22
Стационарные пилы холодного резания сплошных и фасонных профилей	2,8 - 14,4	1,2 - 1,8	6 - 14	80 - 135	0,005 -0,040	0,6 - 1,3	2,5-6	-	-	4 - 6	1,1-5,2	12-22
Летучие пилы холодного резания труб и гнутых профилей	0,05 - 4,80	0,56 - 1,0	5 - 10	80 - 100	0,05-0,8	3,4 - 17,3	0,5 - 0,8	1 - 3	1 -2	2-4	8 - 32	2 - 5
♦ Стойкость инструмента выражена с квадратных метрах разрезаемого сечения.
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
ПИЛЬНЫЕ диски
803
Заточка зубьев. Между переточками для обеспечения требуемого качества поверхностей резания зубья ПГР и летучих ПХР тонкостенных профилей подвергают операции заточки. Число заточек определяется допустимым уменьшением впадины зуба и сопротивляемостью материала диска образованию радиальных трещин у оснований зубьев.
Необходимость выполнения заточки выявляется при снижении качества поверхности резания, сопровождаемом появлением на торцах разрезаемого проката глубоких рисок и трудноудаляемых больших заусенцев в местах выхода зубьев из зоны резания, а также деформацией сечений при разрезке балок и швеллеров.
Механизм образования заусенцев состоит в следующем. Зубья изнашиваются по задней грани и боковым поверхностям. В результате износа на задней грани образуется фаска износа, имеющая отрицательный угол у, который способствует затормаживанию на фаске износа частиц металла, находящихся в состоянии пластического течения, т.е. происходит зарождение нароста.
Нарост в процессе резания разрушается на одних зубьях и появляется на других, при этом на открытых зубьях фаска в результате износа увеличивается. При достижении размера фаски 4 - 5 мм нарост по задней грани и боковым поверхностям зуба достигает таких размеров, при которых часть стружки, выдавливаясь наружу, не отделяется от основного металла и образует на одном из торцев разрезаемого проката (реже на двух) сплошной отогнутый заусенец высотой, равной ширине пропила, и толщиной 0,3 - 0,8 мм. При этом под действием боковых наростов на торцах разрезаемого проката появляются риски глубиной до 1 мм.
Сравнение процессов скоростного резания пильными дисками и фрезерными станочными. Образование нароста на зубьях пил положительно влияет на стойкость инструмента. Только благодаря образованию нароста на вершинах зубьев стала возможной скорость резания порядка 100 м/с на дисках, изготовляемых из углеродистых и низколегированных сталей при удовлетворительных стойкости инструмента и производительности процесса резания. При работе отрезных фрез из быстрорежущих сталей и с вставными твердосплавными пластинками достигаются скорости резания соответственно 0,6 и 2,5 м/с, что в подавляющем большинстве случаев не отвечает требованиям производительности режущих машин, устанавливаемых в потоке прокатных станов.
Анализ двух процессов резания (пильными дисками и фрезами) показывает,
26*
что использование скоростных режимов и достаточно дешевых пильных дисков приводит к снижению качества поверхности реза - образованию заусенца, на порядок большего, чем при станочных режимах резания. Необходимость удаления этих заусенцев, особенно на трубах, привела к техническим решениям с использованием станочных режимов резания. Одним из удачных решений, реализованным на трубопрокатных агрегатах, является пакетная разрезка труб в холодном состоянии твердосплавными фрезами диаметром до 2000 мм.
Долговечность и стойкость. дисков пил. Рассмотрим кратко влияние основных факторов на долговечность диска по результатам исследований, выполненных при скоростях подач 0,02 -0,3 м/с (режим Л) на салазковых и рычажных ПГР, а также при повышенных режимах подач, составляющих 0,3 - 3,0 м/с (режим В), на роторных ПГР и летучих ПХР разрезки труб со скоростями резания 70 - 110 м/с.
При увеличении скорости подачи в 6-10 раз пропорционально уменьшается число вхождений каждого зуба в разрезаемый металл, уменьшается работа резания и нагрев зубьев, что приводит к повышению стойкости в 4 - 6 раз. Кроме того, реализация режима резания В позволила решить проблему разрезки сечений диаметром до 500 мм (в перспективе до 800 мм).
При таких длинах дуги контакта зуба с разрезаемым металлом необходимо применять для дисков хромомолибденованадиевые стали, стойкие к разупрочнению под действием высоких температур. Для режима А удовлетворительные результаты по стойкости достигаются при использовании марганцовистых и хромистых сталей типа 65Г и 40Х. Нормализация полотна диска и закалка зубьев с отпуском до твердости 51-56 HRC повышает стойкость в 2-3 раза.
Для дисков пил, установленных в потоке крупносортных, рельсобалочных и заготовочных станов, рекомендуются стали 50Г, 65Г и 50 с закалкой зубьев до 56 - 61 HRC. Верхний предел твердости допустим ввиду малых скоростей подач. Стойкость закаленных дисков в 3-4 раза превышает стойкость дисков, не подвергаемых термической обработке.
Расчет стойкости и долговечности. При исследованиях стойкости дисков рычажных ПГР рельсобалочного цеха, изготовленных из сталей 50Г2, 50, 65Г и 5 (термическая обработка при нагреве газокислородными горелками и элекгроконтактным способом), с различным профилем зубьев получена эмпирическая зависимость для оценки долговечности диска:
К = Др(1 + <ре)(1 + г\т) 70,
804
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Tj\ef- коэффициент относительной стойкости диска в зависимости от планшетности полотна диска; f = 0,7 - 1,0 при биении диска 2 -12 мм; X = 0,85 - 1,0 - коэффициент относительной стойкости диска, учитывающий форму зуба; при треугольном зубе X = 0,95 - 1, при трапецеидальном зубе X = 0,85; р = 0,6 - 1,0 -эксплуатационный коэффициент относительной стойкости диска, учитывающий состояние механооборудования пилы; ср - коэффициент относительной стойкости диска в зависимости от числа заточек; е - число заточек; ц - коэффициент относительной стойкости, зависящий от числа переточек; т - число переточек; /д - стойкость нового диска до первых заточки и переточки.
Зависимость (р от е выражается формулой
<р = 1,05 - О,33е? + 0,05е?2, зависимость г| от т - формулой
ц = 1,00 - 0,23m + 0,03m2.
Из последних двух формул следует, что с увеличением числа заточек и переточек коэффициенты (р и т| уменьшаются. При расчете долговечности диска необходимо для разрезаемого сортамента экспериментально определить Iq.
Ориентировочную оценку долговечности диска для определения расхода дисков можно провести с использованием данных табл. 8.18.2.
Технология и оборудование для изготовления и ремонта дисков. Технологический процесс изготовления пильных дисков состоит из следующих операций:
1	- дефектоскопии листа неразрушающими методами контроля;
2	- правки листа в продольном направлении;
3	- разрезки листа на заготовки;
4	- правки заготовки в продольном и поперечном направлении;
5	- сверления отверстий для пакетной сборки заготовок;
6	- сборки пакета заготовок и заневоли-вание;
7	- нормализации пакета заготовок;
8	- расточки посадочного отверстия и обточка по наружному диаметру дисков в пакете;
9	- нарезки зубьев;
10	- разборки пакета;
11	- шлифования боковых поверхностей диска;
12	- термической обработки зубьев диска;
13	- окончательной правки диска;
14	- заточки зубьев;
15	- статической балансировки диска.
При ремонте дисков, связанном с заточкой зубьев, используют технологические операции 1, 13 и 14; при переточке дисков - операции 1, 8 (только обточка по наружному диаметру), 9, 12, 13 и 15.
Оборудование для выполнения технологических операций, в основном, выпускают серийно - это листоправильные машины и ножницы поперечного реза листов шириной 800 - 4000 и толщиной 4-12 мм; для термической обработки пакета дисков печи с выдвижным подом и объемом рабочего пространства до 3500 х 500 х 800 мм, координатно-расточные, карусельные и зуборезные станки.
Для заточки зубьев используют также серийно выпускаемые заточные станки с незначительной модернизацией делительного механизма. Специальное оборудование применяют для термической обработки зубьев и окончательной правки дисков. Нагрев зубьев под закалку осуществляется газопламенными, электроконтактными установками, а также ТВЧ.
Интенсификация режимов резания посредством увеличения подач вызывает рост нагрузки на режущую кромку и тело зуба. Некачественная термическая обработка зубьев при малых значениях подач приводит к ускоренному износу всех зубьев диска, а при высокой скорости подачи, кроме того, повышается вероятность лавинного разрушения зубьев при выходе из строя в результате скола одного из них. Поэтому в установках закалки необходимо строго соблюдать температурные режимы закалки и отпуска, иметь возможность широкого регулирования глубины закалки, быстрой перестройки установки при изменении марок закаливаемых сталей, формы и шага зубьев.
Наиболее полно этим условиям отвечают автоматизированные установки закалки зубьев ТВЧ, на которых при малых шагах зубьев реализуется режим постоянного вращения диска с заданной скоростью в зоне индуктора и масляных спрееров, а при крупных шагах зубьев -шаговый режим. Выбором соответствующего алгоритма реализуют операции закалки и отпуска зубьев в одной установке.
Электроконтактные установки как с ручным, так и с автоматическим управлением обеспечивают удовлетворительное качество закалки только на хорошо выправленных дисках при первичной закалке зубьев нового диска. Неплоскостность диска и неравномерная высота зубьев после заточки приводят к снижению качества термической обработки, поэтому применение такого способа оправдано при наличии в ремонтной мастерской современного оборудования для правки дисков и их заточки.
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
805
Газопламенные горелки, в которых используют коксовый газ, ацетилен либо бутан -пропан, не обеспечивают необходимого качества закалки по равномерности твердости зубьев, не поддаются автоматизации, в связи с чем этот способ закалки следует считать устаревшим.
Правку дисков целесообразно выполнять на специальных машинах, обеспечивающих после правки биение полотна диска не более 2 мм.
В машинах нескольких типоразмеров, разработанных для правки дисков диаметром 500 - 3200 мм, заложен принцип обкатки диска по спирали пятью цилиндрическими роликами, расположенными в шахматном порядке в обойме, перемещаемой от периферии диска к его центру и обратно. Из пяти роликов два выполнены приводными. Каждый из трех неприведенных роликов имеет индивидуальный механизм регулирования прогиба выправляемого диска. Пильный диск вращается под действием сил трения, возникающих между диском и приводными роликами.
При правке дисков необходимо обеспечить проработку всего полотна диска, что позволяет реализовать специальная конструкция узла суппорта крепления диска. Поскольку вал суппорта является неприводным, его удобно использовать для выполнения операции балансировки. Снятие металла диска осуществляется высверливанием отверстий.
8.18.3.	ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
Сила, работа и мощность резания, подачи на пилах горячего резания. На диск пилы (рис. 8.18.3), вращающийся с окружной скоростью v (м/с), подаваемый по нормали к центру дуги I (м) резания со скоростью ин = и cos а (м/с), действует сила Р (Н), которую можно разложить на окружную Т и радиальную R составляющие силы (Н).
При горячем резании окружная сила
T = pmS^, (8.18.2)
где р - давление резания, Па; m - толщина среза, снимаемого каждым зубом, м; 5*1 - 1,25* -ширина прорези, в среднем на 20 % большая толщины диска S, м; / - среднее значение длины дуги контакта диска с разрезаемым металлом, м; t - шаг зубьев, м.
Окружная сила в зависимости от v и wH:
Т = р^	(8.18.3)
Рис. 8.18.3. Схема сил, действующих на режущий диск пилы
или
T = pSl^-, (8.18.4)
где f - секундная производительность процесса резания, м2/с; h - высота разрезаемого сечения, перпендикулярного направлению подачи «и, м.
Мощность (Вт), необходимая для вращения диска, с учетом КПД механизма:
7V = — = PS1^ .	(8.18.5)
П П
Из уравнения 8.18.5 следует, что величина, представляющая собой давление резания, т.е. сила отнесенная к 1 м2 сечения снимаемой стружки, численно равна секундной работе (Н’м>1	.	1 з
резания а —=— , отнесенной к 1 м5 метал
ла, вырезанного диском пилы, т.е.

р = а =
Работа Лр (Дж), выполняемая механизмом резания по разрезанию сечения площадью /(м2),
A -aFS' Ар~~
(8.18.6)
Значение р зависит, главным образом, от механических свойств разрезамого металла при температуре резания, состояния и формы зубьев диска пилы и режимов резания.
806
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
На основании экспериментальных исследований, выполненных в диапазоне подач wH = 0,02 - 3,0 м/с при резании стального проката в горячем состоянии, найдена зависимость
Р —
где р - в Па; р3 - эталонное значение удельного сопротивления резанию, т.е. силы, отнесенной к 1 м2 сечения среза одним зубом; по результатам лабораторных исследований при условии V = 100 м/с, т = (0,116 - 1,7) • 10'3 м, материале СтЗ, t = 850 °C, зубьях из стали 65Г с термообработкой до твердости 46,5 - 51 HRC значение рэ = 5 • 108 Па; кт - коэффициент,
учитывающий толщину среза т\ определяется по табл. 8.18.3; fc, - коэффициент затупления зубьев; fc, = 1 - 2,0; большее значение относится к фаске износа (4 - 5) • 10'3 м, являющейся предельной с точки зрения качества поверхности резания; &с - коэффициент, учитывающий марку разрезаемой стали (табл. 8.18.4); kt- коэффициент, учитывающий температуру разрезаемого металла (табл. 8.18.5); крр - коэффициент влияния трения полотна диска в прорези; если в конструкции плитного настила не предусмотрено средств, исключающих сдвиг и изгиб разрезаемого изделия, следует принимать fcrp - 1,2 - 1,4 пропорционально высоте разрезаемых сечений.
8.18.3. Зависимость коэффициентов кт и к = — от толщины среза т
т • 103, м	кщ	к
0,001 - 0,01	13,00 - 5,00	16,00 - 5,00
0,02	9,00	3,50 - 4,50
0,05	7,00	2,50 - 4,00
0,10	5,00	2,33 - 3,16
0,20	3,40	2,16 - 2,83
0,40	1,80	1,66 - 2,33
0,60	1,30	1,50 - 1,91
0,80	1,20	1,33 - 1,58
1,10	1,00	1,00 - 1,16
1,50	0,84	0,65
1,70	0,76	0,59
Примечание. Коэффициент к характеризуется отношением радиальной силы R к окружной силе Т.
8.18.4. Зависимость коэффициента кс от марки разрезаемой стали
Марка стали	СтЗ	50Г	40Х	12Х18Н9Т	55СГ	38ХС	5ХНВ	20ХНМ	30ХГСА	ШХ15
	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0	2,3
8.18.5. Зависимость коэффициента kt от температуры разрезаемой стали
/, °C	730	800	850	900	950	1000
kt	1,32	1,13	1,00	0,84	0,78	0,70
ЭНЕРГОСИЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ
807
Радиальная сила, действующая на диск /? = кТ,
ще к - коэффициент, определяемый по табл. 8.18.3.
Полученные значения сил Т и R используют для расчета механизмов соответственно резания и подачи.
Расчет ПХР. Окружную составляющую силы резания (Н) определяют по формуле
скоростях подачи, используемых на роторных пилах, когда время резания снижается до 0,1 - 0,6 с, доля работы двигателя уменьшается до 5 - 12 %, т.е. работа резания совершается в основном в результате использования энергии, накопленной механизмом резания в период между резами.
Выбор двигателя и момента инерции механизма резания следует вести с учетом энергетического баланса механизма. Исходя из зависимости (8.18.7),
z,\0J9/	\ 0,304
T = 19,310’ASiW-l	f-Sb-l	,
V \tj	хО’эт/

s2 +slp
S12+SkP
2со
X
ще кроме обозначений» вошедших в формулы и (8.18.2) и (8.18.4), b - ширина площадки затупления вершины зуба, м; ств и стэт -временные сопротивления соответственно разрезаемой и эталонной стали, Па (стэт = 0,44 • 109 Па).
Нормальная составляющая силы резания
ЮрЗ’кр +2(сор - сор2 ш0(®1
(	*S*2
х arctg	- - arctg——
V	^кр	кр >
ще
М/Н(Ю1 + ®2)
S1 ^кр
SKp Si
(здесь С - содержание углерода в разрезаемой стали, %).
Формулы применимы для определения энергосиловых параметров процесса резания стального проката как гладкими (b/t = 1) так и зубчатыми дисками при u^Jn £ 5 • 10’5 и
b 0,1 <; - <; 1. t
Энергетический баланс механизма резания. Работа резания Ар из выражения (8.18.6) выполняется пилой благодаря кинетической энергии, накопленной механизмом в период между резами, и работе двигателя Лда во время резания, т.е.
^р — -^дин +	(8.18.7)
Распределение и Ада в значительной степени зависит от времени разрезания сечения. При малых скоростях подачи, характерных для салазковых пил, работа двигателя играет основную роль в энергетическом балансе и составляет 60 - 90 %. При повышенных
(8.18.8)
где Ар - в Дж; сор ~ синхронная угловая скорость двигателя, с1; 1 - коэффициент перегрузки; Мн - номинальный момент, Н • м;
- критическое скольжение (паспортные данные двигателя); tp - время резания, с; и $2 - скольжения соответственно холостого хода и в конце реза; I - момент инерции системы, приведенный к валу двигателя, кг • м2; ©1 и (»2 ~ угловая скорость двигателя соответственно на холостом ходу и в конце реза, с*1.
Входящую в уравнение (8.18.8) величину определяют по формуле
где - номинальное скольжение.
Принимая во внимание, что ©1 = ®о(1 - Si); ©2 = юо(1 “ *$2) и проведя упрощение функций In и arctg, заменив их приближенными значениями посредством разложения в ряд, получим уравнение
808
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
АР ~ZP
(D QX-A/jj («$2 + *5*1)	4(Dq%JI/H4S*|
+ =
‘S’kp
ХМН<О0'Укр‘У1(2-.У1-.У2) +

+ ^(252 -2St + S2 -522).
Решение этого уравнения относительно 5*2 позволяет найти скольжение двигателя в конце реза:
М/н _J_ _£1£кр_
₽ ^°0 [^кр +*Укр>
+ 1-
ХЛ/Н 1	*^1^кр
₽ ^0 ч^Кр *Sj2 +^кр7
XAfH 5*1+4S^	5’1ф — 25’i*S'Kp^
₽ Л>0 [	+ sf+stg )
1
— 215*1 + S
Момент двигателя в конце реза по известному скольжению определяется по формуле
is max 2%AfH
да =^ГЗ?
•Укр з2
Изложенная методика позволяет выбрать оптимальные в отношении мощности двигателя конструктивные параметры механизма резания пил.
8.18.4.	КОНСТРУКЦИИ ПИЛ
Стационарные пилы горячего резания. Наиболее широко распространены в металлургических цехах стационарные ПГР, различающиеся траекторией движения пильного диска в зоне резания. В табл. 8.18.6 приведены основные технические характеристики салазковых, рычажных и роторных пил, представленных двумя модификациями, в которых привод пильного диска осуществляется через клиноременную (РР) и зубчатую (РЗ) передачи.
Конструкцию салазковых пил рассмотрим на примере пилы с диаметром пильного диска 2000 мм (СКМЗ), предназначенной для резания заготовок и сортового проката (рис. 8.18.4). Пила состоит из литой станины 1 с установленными на ней салазками 2, несущими вал 3 пильного диска 4, двигатель 5 переменного тока, вращающий диск через клиноременную передачу 6. Перемещение салазок осуществляется двигателем постоянного тока через реечную передачу. Привод подачи салазок установлен на станине пилы. Салазки перемещаются на опорах качения, от боковых перемещений их фиксируют направляющими скольжения.
В исходном положении непрерывно вращающийся диск находится в крайнем правом положении. При включении двигателя подачи салазки перемещают диск в зону резания. По окончании процесса резания происходит реверс двигателя подачи и ускоренный отвод салазок в исходное положение. Во избежание пере!рузки двигателя привода диска скорость подачи автоматически регулируется.
Пила оборудована сталкивателем обрезков концов проката. Диск охлаждается водой высокого давления (3-4 МПа). Смазка для подшипников дискового и ведущего валов клиноременной передачи - жидкая. Корпус подшипников дискового вала имеет водяное охлаждение.
Существуют и другие схемы привода дискового вала. В конструкциях зарубежных пил для того, чтобы вывести двигатель из зоны резания и сократить габаритные размеры пилы по фронту рольганга, дисковый вал приводится во вращение через конический редуктор, а шпиндель с двигателем располагаются вдоль оси салазок.
В конструкциях отечественных салазковых пил двигатель привода дискового вала часто соединяют непосредственно с валом через муфту. Условия работы двигателя при этом ухудшаются из-за воздействия на него высоких температур и вибраций узлов привода, расположенного на консоли салазок.
Недостатки открытых реечных передач и направляющих скольжения (требуется постоянный уход), привели к созданию рычажной четырехзвенной пилы (ПО "Уралмаш") с диском диаметром 1800 мм, предназначенной для установки на рельсобалочных и крупносортных станах (рис. 8.18.5).
Пила состоит из станины 9, на котрой установлен на двух кривошипах /, 4 шатун 2, несущий узел дискового вала 5 с присоединенным через зубчатую муфту двигателем переменного тока. Механизм подачи установлен на станине и состоит из двигателя постоянного тока, цилиндрического редуктора 6 и кривошипа с контргрузом J, обеспечивающим
8.18.6. Технические характеристики стационарных пил горячего резания различных типов
Параметр	Номинальный диаметр диска пилы						
	салазковых					рычажных	
	1000	1200	1500	1800	2000	1000	1800
Сечение разрезаемого проката (максимальное), х 10‘3 мм2	1,7	10,0	19,6	32,4	57,6	1,2	40
Производительность процесса резания (максимальная), х 10’3 мм2/с	1,2	9,0	12,6	27,0	24,0	3,1	54
Временное сопротивление разрезаемой стали в холодном состоянии, МПа	600	550	550	640	1000	-	400
Температура разрезаемого проката, °C	800	800	800	800	900	1000	750
Размеры диска, мм:							
диаметр	900 - 1000	1100 - 1200	1350 - 1500	1650 - 1800	1800 - 2000	900 - 1000	1620 - 1800
толщина	6	7	8	9	10	6	8
Окружная скорость диска, м/с	100	92	115	93	100	105	93
Установленная мощность электроприводов, кВт	110	110	120	230	430	100	250
Скорость подачи диска, м/с	0,025 - 0,15	0,007 - 0,09	0,007 - 0,09	0,012 - 0,15	0,01 - 0,10	0,09	0,014 - 0,27
Масса пилы, т	35,0	14,0	14,0	45,5	56,1	22,0	39,8
Габаритные размеры, мм:							
длина	5200	4300	4396	8500	7070	4000	5800
ширина (по фронту рольганга)	3800	3200	3454	4055	4600	3100	4500
высота	2500	2050	2200	2800	3000	2200	3000
КОНСТРУКЦИИ пил
§
Продолжение табл. 8.18.6
Параметр	Номинальный диаметр диска пилы						
	роторных РР				роторных РЗ		
	1200	1600	2000	2500	1600	2500	3200
Сечение разрезаемого проката (максимальное), х 10'3 мм2	6,4	15,4	57,2	101,7	31,4	125,6	196,2
Производительность процесса резания (максимальная), х 10’3 мм2/с	12,0	186,0	287,0	318,9	212,6	354,4	396,9
Временное сопротивление разрезаемой стали в холодном состоянии, МПа	600	700	600	600	700	700	700
Температура разрезаемого проката, °C	700	800	800	900	800	800	800
Размеры диска, мм:							
диаметр	1100 - 1200	1400 - 1600	1800 - 2000	2300 - 2500	1400 - 1600	2300 - 2500	3000 - 3200
толщина	7	8	10	И	8	11	12
Окружная скорость диска, м/с	100	100	95	95	95	95	95
Установленная мощность электроприводов, кВт	87	142	430	555	110	220	370
Скорость подачи диска, м/с	0,3 - 1,5	0,3 - 1,5	0,3 - 1,5	0,3 - 1,5	0,3 - 1,5	0,3 - 1,2	0,3 - 1,2
Масса пилы, т	14,0	33,0	60,0	65,0	16,0	35,0	90,0
Габаритные размеры, мм:							
длина	3900	5900	8500	8800	3420	5000	5610
ширина (по фронту рольганга)	3300	4600	5300	5500	2210	3200	4010
высота	2500	2950	3510	3760	2300	2750	3050
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
КОНСТРУКЦИИ пил
811
Рис. 8.18.4. Салазковая пила
Рис. 8.18.5. Рычажная пила
статическое уравновешивание системы. При работе пилы диск постоянно вращается; при включении на резание кривошип с контргрузом поворачивается на заданный угол, подавая шатун (подвижную раму) вперед. Длины кривошипов и шатуна подобраны таким образом, чтобы в зоне резания вал диска перемещался по траектории, близкой к горизонтальной. Остановка в крайних положениях осуществляется конечными выключателями. При отказе конечных выключателей срабатывает пружинный упор и муфта со срезными элементами.
Для перемещения вдоль фронта рольганга, используемого для раскроя раската на заданные длины, пилы выполняют в передвижном исполнении. Для этого на станину
пилы устанавливают привод 7 перемещения пилы вдоль рольганга, а станину монтируют на рельсовых направляющих 10, при этом стационарное положение станины фиксируется гидрозажимами 8.
Существенное расширение технологических возможностей пил благодаря реализации на них повышенных скоростей подач, превышающих скорости, достигнутые на салазковых и рычажных пилах примерно на порядок, при сохранении скорости резания около 100 м/с обеспечивают следующие преимущества их использования (исследования проведены во ВНИИМЕТМАШе):
производительность линии горячего резания повышается в 3 - 4 раза;
812
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
стойкость пильных дисков возрастает в 3-6 раз;
появляется возможность увеличения разрезаемых сечений в 4 - 5 раз;
удельная работа резания уменьшается в 3-4 раза.
Рациональной конструкцией пилы для реализации высоких скоростей подач» при которых развиваемая мощность резания достигает L0 МВт и процесс реализуется за доли секунды в результате использования энергии
маховых масс» является роторная конструкция (рис. 8.18.6). Пила РР-2500 конструкции ВНИИМЕТМАШ установлена в линии трубопрокатного агрегата фирмы "Ниппон Стил" для резания непрерывно-литых заготовок сечением до 340 х 340 мм перед подачей их в пресс-прокатный агрегат. Конструктивная схема роторной пилы P3-3200 с приводом диска через зубчатую передачу приведена на рис. 8.18.7.
Рве. 8.18.6. Роторная пила РР-2500
Рве. 8.18.7. Роторная пила P3-3200
КОНСТРУКЦИИ пил
813
Вращение пильного диска 1 осуществляется двигателем 5 через зубчатую передачу, размещенную в водиле 4. Ось этого двигателя и ось вала солнечной шестерни концентричны оси водила. Ось пильного диска эксцентрична оси водила, благодаря чему при повороте водила двигателем 6 посредством редуктора 3 диск подается в зону резания. Внутри водила для накопления кинетической энергии в период между резами размещены два маховика, соединенные с солнечным валом через ускорительную зубчатую передачу.
Таким образом, вал пильного диска и валы маховиков совершают при вращении водила планетарное движение. Редуктор 3, являющийся корпусом пилы, устанавливают на фундамент с приямком для коробов сбора стружки. Сверху диск закрыт кожухом 2, поэтому разлет стружки по цеху исключен. Двигатели постоянного тока 5 и 6 монтируют на отдельной стойке 7, устанавливаемой на фундаменте. Также отдельно на фундаменте устанавливается узел 8 зажима заготовки во время резания.
Смазка основных рабочих узлов пилы -жидкая циркуляционная. Охлаждение пильного диска и смыв продуктов резания осуществляется водой высокого давления. Корпус пилы также охлаждается водой.
Порядок работы пилы: после подачи заготовки в зону резания срабатывает узел зажима, предотвращая сдвиг и изгиб заготовки в процессе резания. Пильный диск вращается с заданной скоростью. Водило занимает угловое положение, обеспечивающее разгон механизма до заданной скорости подачи. При поступлении команды на выполнение резания включается
двигатель 6, осуществляющий разгон механизма подачи до заданной скорости и его торможение после резания до остановки в исходном положении. В паузе между резами двигатель 5 восстанавливает запас кинетической энергии механизма резания, необходимый для следующего цикла работы.
Сравнение роторных пил с различными приводами диска - через передачи клиноременную (тип РР) и зубчатую (тип РЗ) - показывает, что передача РЗ более компактна, имеет меньшую металлоемкость и мощность приводов. Однако при выборе типа пилы для каждого конкретного случая необходим детальный анализ широкого круга параметров.
Летучие пилы горячего резания изготовляют двух типов: с вращательным движением режущей каретки для разрезки труб в линиях трубопрокатных агрегатов и агрегатов печной сварки при скоростях движения труб 1 -13 м/с и возвратно-поступательным движением режущей каретки для разделения непрерывно-литых заготовок из цветных сплавов при скорости их движения 0,008 - 0,05 м/с. Конструкции последних не рассматриваются, так как по существу представляют собой известные решения стационарных пил горячего резания, перемещаемых синхронно с разрезаемой заготовкой простым механизмом сопровождения.
Технические характеристики летучих пил горячего резания труб приведены в табл. 8.18.7. Расшифровка условного обозначения модели пилы ЛПГ 60 х (6 - 8) - летучая, планетарная, горячего резания труб диаметром до 60 мм и длиной 6 - 8 м.
8.18.7. Технические характеристики летучих пил горячего резания труб
Параметр	Модель пилы				
	ЛПГ 34 х 8	ЛПГ 60 х (6-8)	ЛПГ 76 х 6	ЛПГ 114 х 6	ЛПГ 89 х (8-12)
Сечение разрезаемой трубы, мм: диаметр	13 - 34	20 - 60	17 - 76	33 - 114	33 - 89
толщина стенки	2 - 4	3 - 4,5	2 - 4,5	2,5 - 5	2,5 - 6
Минимальная температура	800	800	800	800	800
трубы, °C Длина обрезаемой трубы, м	8	6 - 8	6	6	8 - 12
Скорость трубы, м/с	7 - 13	2,5 - 13	0,7 - 7	1 - 6	4
Мощность электродвигателей, кВт: главного привода	520	500	160	420	600
режущего диска	9	13	20	30	75
Размеры в плане, мм: длина	7800	6500	6500	7300	5600
ширина (по фронту	5800	6600	6500	8000	3500
рольганга) Масса, т	34	73	34	45	36
814
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Конструктивные схемы летучих и планетарных пил. По конструктивному исполнению приведенные пилы различаются незначительно. На рис. 8.18.8 приведена характерная конструктивная схема пилы. Основой конструкции является непрерывно вращающийся в горизонтальной плоскости планетарный редуктор, на периферийных валах которого смонтированы режущие каретки 1 со встроенными электродвигателями переменного тока. На валах последних смонтированы в маховичных шайбах пильные диски 2.
Режущие каретки совершают плоскопараллельное движение по окружности, что обеспечивается системой планетарных колес редуктора, солнечная шестерня которого неподвижна. Один оборот планетарного редуктора соответствует длине отрезаемой трубы при постоянной скорости его вращения, соответствующей скорости движения трубы. Изменение длины отрезаемых труб достигается в результате работы пилы в режиме переменной скорости планетарного редуктора, а также программного управления механизмом подачи трубы на резку с использованием двух режущих кареток. Следует заметить, что первый способ регулирования длины отрезаемых труб приемлем при достаточно низких скоростях их движения ввиду большого момента инерции планетарного редуктора.
Механизм подачи осуществляет радиальную, по отношению к диску, подачу трубы в зону резания кулаком 5, укрепленным на валу, который приводится в действие от шестеренной клети 4 через карданный шпиндель. Вал
имеет два эксцентрика и смонтирован в расточках балансира 5, покачивающегося вокруг оси, неподвижно закрепленной на корпусе. Каждый эксцентрик взаимодействует со своей режущей кареткой. Наружное кольцо эксцентрика при выдвинутом вверх пневмоцилиндром башмаке 6, контактируя с ним, поднимает кулак с разрезаемой трубой в зону резания. Регулирование верхнего положения кулака (величины перекрытия при отрезке) осуществляется дистанционно электромеханическим приводом подъема корпуса башмаков. Синхронизация скоростей пилы и трубы осуществляется цифроаналоговой системой с применением импульсных датчиков, обеспечивающей точность отрезки труб до 15 мм.
Летучая пила мод. ЛПГ 114 х 6 отличается от рассмотренной наличием дополнительного механизма подачи, который наклоняет режущий диск навстречу трубе, что обеспечивает увеличение подачи, необходимой для разрезки трубы диаметром до 114 мм.
Летучая пила мод. ЛПГ 89 х (8 - 12) (рис. 8.18.9) работает в режиме запусков, разрезая выходящую из редукционного стана трубу на две части в соответствии с длиной холодильника. Подача трубы проводится консольно укрепленной на вращающемся рычаге вилкой, которая включается с помощью электромагнита. Такой механизм имеет малые маховые массы, что существенно при работе в режиме запусков.
Пилы созданы ВНИИМЕТМАШем совместно со Старокраматорским машиностроительным заходом.
Рис. 8.18.8. Летучая планетарная пила горячего резания
КОНСТРУКЦИИ пил
815
Рис. 8.18.9. Летучая планетарная пила, работающая в режиме запусков
Стационарные пилы холодного резания (ПХР) с дисками из углеродистых и низколегированных сталей со скоростью резания проката до 135 м/с и скоростью подачи до 0,02 м/с по конструкции незначительно отличаются от салазковых и рычажных ПГР.
Недостатки, связанные с низким качеством поверхностей резания, неудовлетворительными шумовыми характеристиками, разлетом раскаленных частиц продуктов резания, делают этот тип пил неконкурентоспособным с ПХР, в которых инструментом являются диски (отрезные фрезы) оснащенные твердосплавными режущими элементами, позволяющими реализовать скорости резания 1,2 - 3 м/с при скоростях подачи 0,1 - 1 м/мин.
Достаточно низкая производительность ПХР с твердосплавными дисками компенсируется следующими преимуществами: высоким качеством получаемых поверхностей, исключающим последующую операцию удаления заусенцев; возможностью применения пакетной разрезки профилей и труб, сокращающей время вспомогательных операций; высокой стойкостью и долговечностью режущего инструмента.
ПХР наиболее успешно применяют в металлургических цехах фирмы "Центро-Мур-гордсхаммар АВ" (Швеция) и "Вагнер" (Германия). На металлургических заводах СНГ эти пилы нашли применение в трубопрокатных цехах для пакетной разрезки труб на мерные длины и на сортовых станах заводов качественной металлургии.
Для разрезки заготовок из углеродистых, конструкционных и высоколегированных сталей, сечение которых эквивалентно кругу диаметром 50 - 630 мм, изготовляют пилы с дис
ком диаметром 630 - 2000 мм. Срок службы дисков - 8 - 30 м2 разрезанных сечений.
Конструктивные особенности ПХР. Пилы отличаются направлением подачи инструмента на разрезаемый прокат. Для поштучной разрезки, как правило, применяют горизонтальное направление подачи (рис. 8.18.10). Пакетная разрезка труб или профилей осуществляется при вертикальной подаче диска.
Основные конструктивные особенности пил связаны со сведением к минимуму вибраций. Для этого станину выполняют литой и жесткой, направляющие режущей головки - с предварительно поджатыми роликовыми элементами, редуктор привода диска - с механизмом выбора зазоров, механизм подачи - с шариковым ходовым винтом, пилы оборудуют мощным двухсторонним гидрозажимом разрезаемой заготовки.
Привод механизмов резания и подачи осуществляется от двигателей постоянного тока для выбора оптимальных режимов резания.
Для разрезки высокопрочных сплавов, коррозионно-стойких сталей и литых материалов в холодном и горячем состояниях применяют дисковые пилы с абразивными отрезными кругами диаметром 500 - 1800 мм. Скорости резания пил 80 - 100 м/с. Их можно использовать для разделения сортового проката, заготовок труб и профилей сечением, эквивалентным диаметру круга 75 - 300 мм. Производительность процесса резания и время цикла при разрезке легированной стали с ов = 800 МПа в холодном и горячем состояниях приведена в табл. 8.18.8.
816
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Рис. 8.18.10. Стационарная пила холодного резания крупных профилей
8.18.8. Производительность процесса резания и время цикла разрезки прутков из легированной стали абразивными кругами
Применяемая технология	Диаметр прутка, мм	Производительность процесса, мм2/с	Время цикла, с
Холодное резание	30	700	6
	75	630	14
	120	940	19
Горячее резание	120	1600	14
Фирма "Центро-Мургордсхаммар АВ" выполняет пилы абразивной разрезки с приводом круга от двигателя постоянного тока через клиноременную передачу и механизмом подачи рычажного типа с приводом от гидроцилиндра. Автоматическое устройство компенсации износа абразивного круга сводит к минимуму ход режущей головки и дает индикацию замены круга.
Летучие пилы холодного резания используют для разрезки труб и гнутых профилей в линиях трубоэлектросварочных и профилегибочных агрегатов.
Существует три принципиально различных конструкции пил:
реверсивные с возвратно-поступательным движением сопровождения режущей кареткой движущегося проката и возвратно-поступательным движением узла пильного диска при подаче в зону резания;
реверсивные с возвратно-поступательным движением сопровождения режущей кареткой движущегося проката и вращательным движе
нием подачи узла пильного диска в зону резания;
параллелограммные с вращательным плоскопараллельным движением режущей каретки, обеспечивающим функции сопровождения проката и подачи пильного диска в зону реза.
Технические характеристики пил, изготовляемых отечественной промышленностью, приведены в табл. 8.18.9.
Реверсивные пилы. Реверсивная пила с диаметром диска 560 мм состоит из следующих основных узлов (рис. 8.18.11):
станины 1 с направляющими 2,
каретки 3 с установленными на ней механизмами резания 5, подачи 4 и зажима профиля при разрезке;
электромеханического привода перемещения каретки по направляющим станины, состоящего из зубчатой рейки 7, шарнирно соединенной с кареткой, реечной шестерни на выходном валу редуктора 6, приводимого от двигателя 8 постоянного тока, приводом
КОНСТРУКЦИИ пил
817
8.18.9. Технические характеристики летучих пил холодного резания профилей и труб
Параметр	Номинальный диаметр диска пилы, мм			
	реверсивной			параллелограммной
	315	560	700	
Разрезаемое изделие:				
номенклатура	Трубы круглая и		Гнутый	Круглая
	профильная		профиль	труба
размеры, мм:				
диаметр трубы	6 - 32	20 - 76	-	10 - 76
длина развертки профиля	18 - 100	63 - 240	150 - 450	-
толщина стенки	0,5 - 2,0	1,0 - 4,0	2,0 - 4,0	1,0 - 3,5
материал		Сталь		Сплавы алюминия
предел прочности, МПа		500		360
Отрезаемая длина, м	4 -	12	|	|	5-12	6 - 12
Допуск по длине, мм		+10		±30
Скорость движения профиля, м/с	0,5 - 2,3	0,5 - 2,5	0,5 - 2,0	1,0 - 4,5
Диаметр пильного диска, мм	315 (фреза)	560 - 460	700 - 560	700 - 630
Установленная мощность приводов, кВт	24	33	93	65
Габаритные размеры в плане, мм:				
длина (по фронту рольганга)	5400	6500	6100	4150
ширина	2400	2200	3900	10 420
Масса пилы, т	3,5	6,5	7,5	48,0
Рис. 8.18.11. Конструктивная схема летучей реверсивной пилы
818
Глава 8.18. ПИЛЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
механизма для гидрозажима профиля, гидромотора и гидроцилиндра, приводящего в действие механизмы подачи пильного диска;
системы электропривода и автоматического управления механизмами летучей пилы, которая обеспечивает их работу в заданных режимах и последовательности;
коллектора 9, обеспечивающего питание электро- и гидроприводов, расположенных на каретке.
Стационарная гидравлическая станция подает рабочую жидкость к гидромеханизмам, причем гидрозажим профиля производится с ускорением до 10 м/с2.
Рабочий цикл пилы содержит следующие операции:
разгон каретки из исходного положения до скорости профиля;
синхронное перемещение каретки с профилем, во время которого осуществляется разделение профиля на отрезки заданной длины и отвод пильного диска из зоны резания;
торможение и реверс каретки в исходное положение.
Для разрезки профиля на заданные длины и получения торца хорошего качества необходимо выполнение двух условий:
к моменту резания диск должен совмещаться с заданной плоскостью разделения профиля;
процесс резания должен совершаться при равенстве скоростей каретки и профиля.
Для выполнения этих условий при скорости движения профиля до 2,5 м/с и времени цикла 3 - 6 с на реверсивных пилах предельно сокращено время резания и вывода диска из прорези благодаря реализации скоростных режимов подач (до 0,6 м/с) и кругового движения звена подачи диска в зону резания (по аналогии с роторными пилами горячей резки), применены форсированные режимы разгона и торможения каретки, а также установлена система автоматического управления движением каретки со слежением в функции пути и постоянными значениями ускорений в переходных режимах. Необходимая для работы системы информация вводится в нее от импульсных датчиков перемещения профиля и каретки.
Достигнутые скорости движения профилей, составляющие 2,5 м/с, для пил данного типа, близки к предельным. Дальнейшее увеличение скоростей трубоэлектросварочных агрегатов, связанное с совершенствованием процессов сварки и введением в состав агрегата редукционных станов, требует создания новых конструкций летучих пил холодной резки.
Одна из таких конструкций с вращательным плоскопараллельным движением режущей каретки, рассчитанная на разрезку труб
при скорости их движения до 4,5 м/с, создана ВНИИМЕТМАШем для ТЭСА 10-76, производящего трубы из алюминиевых сплавов.
Принципиальная кинематическая схема пилы приведена на рис. 8.18.12.
Пильный диск 1 установлен на валу 2 электродвигателя 5, закрепленного на шатуне 4 рычажного параллелограмма, образованного кривошипами 5 и 24 валов 6 и 22 механизма подачи диска. Кривошипы выполнены одинаковой длины, поэтому для обеспечения их вращения валы соединены между собой системой 7 зубчатых передач, средняя шестерня которой установлена на приводном валу 8. Приводной вал связан с двигателем главного привода 16 через механизм выравнивания скоростей, состоящий из кривошипа 9, цапфы 79, камня 14 и кулисы 77. Вал 13 ку-лисы получает вращение через зубчатую передачу 20 и муфту 15 от двигателя 16 и, будучи закреплен в качающемся корпусе 72, может поворачиваться относительно моторного вала 18 винтовой передачей 10 вручную, обеспечивая заданный эксцентриситет для выравнивания скорости механизма и трубы в зоне резания. Тормоз 77 предназначен для удержания механизма в стационарном положении при наличии неуравновешенных масс.
Для поддержания трубы во время резания используют механизм, состоящий из планетарного редуктора 28, ведущий вал 26 которого через систему зубчатых конических передач 27 приводится от вала 22 механизма подачи диска. Корпус 27 планетарного редуктора с помощью тяги 32 связан с кривошипом 23 приводного вала 8 механизма подачи диска. Сателлит 25 планетарного редуктора несет на себе кривошип 34, являющийся звеном четы-рехзвенника, у которого на шатуне 31 установлена вилка 35 для поддержания разрезаемой трубы в зоне резания, а ось качания коромысла 30 смонтирована в подшипниках 29, закрепленных в станине. Вилка установлена на винте 33, ввернутом в гайку шатуна 31. Вращением гайки вилка в зависимости от диаметра разрезаемой трубы может менять свое положение по высоте относительно шатуна 31.
В установку летучей пилы входят также система автоматического управления, следящие ролики, проводки, устройство уборки стружки и др.
Пила работает в режиме запусков на каждый рез. Команда на запуск пилы и отсчет мерной длины отрезаемой трубы выполняется специальным командным устройством от датчика импульсов, установленного на валу следящего ролика.
УЧАСТКИ РЕЗКИ
819
Рис. 8.18.12. Кинематическая схема летучей планетарной пилы холодного резания
8.18.5.	УЧАСТКИ РЕЗКИ
Для обеспечения производительности рельсобалочных и крупносортных станов разрезка раскатов на них осуществляется расположенными вдоль фронта подводящего рольганга передвижными салазковыми или рычажными пилами» число которых выбирается исходя из максимальной длины раскатов и минимальных длин мерных кусков, получаемых при одновременной подаче всех пил в зону резания. Расстояние между пилами устанавливают с пульта управления, для чего современные станы оборудуют программными средствами, оснащенными датчиками температуры проката для коррекции длины отрезаемых изделий с учетом температуры в момент резания. Пилы перемещаются вдоль рольганга по рельсовым направляющим от привода, установленного на их станинах и фиксируются во время резания гидравлическими зажимами.
Для повышения пропускной способности участков разрезки применяют способ, при котором операции подачи, разрезки и уборки проката совмещены по времени, а разрезку раската осуществляют не на рольганге, а на стеллаже. В состав оборудования такого участка входят подводящий рольганг, подающий раскат к фронту пил, стеллаж, на котором проводится разрезка проката на мерные длины, отводящий рольганг для уборки разрезанного раската, двухпальцевый клинкен-шлеппер для поперечной подачи проката с подводящего рольганга на стеллаж и далее - на отводящий рольганг.
Такой способ резания позволяет одновременно проводить подачу раската к фронту пил, распиловку и отвод разрезанных полос с участка резки. Производительность участка с поперечным перемещением раската в зоне пил примерно в 2 раза выше, чем на участках резки, оборудованных только одним рольгангом.
820
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Вольф В. Ф. Удельная работа резания на пилах горячей резки и критерий подобия условий резания. Расчет и конструирование заводского оборудования // Тр. УПИ (Свердловск), 1960. Т. 101. 240 с.
2.	Голубенко Н. И. Исследование стойкости дисков пил при горячей резке стали // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1969. № 25. 146 с.
3.	Гревеник В. М., Татарников В. В. Влияние радиуса закругления у основания зубьев и материала на долговечность дисков пил горячей резки // Черная металлургия: Изв. ВУЗов, 1963. № 10. 125 с.
4.	Королев А. А. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976. 544 с.
5.	Крылов Н. И., Голубенко Н. И. Износ зубьев пил и его влияние на силовые параметры резания горячего металла // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1970. № 26. 152 с.
6.	Крылов Н. И., Голубенко Н. И., Лекан А. К. Аналитическое определение нагрузки привода механизма резания пил горячей резки Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1977. № 48. 148 с.
7.	Летучие пилы холодной резки труб и профилей / П. И. Сидоров, Ю. Н. Набатов, Н. П. Баранов и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1988. 208 .с.
8.	Маскилейсон А. М., Комиссарчук Ю. С. Летучие пилы системы ВНИИМЕТМАШ Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1967. № 21. 469 с.
9.	Мишин Г. А., Огарков Н. Н. Исследование температурных условий работы дисков при холодной резке проката. Повышение надежности и долговечности металлургического оборудования // Тр. ДМИ (Днепропетровск), 1977. С. 32.
10.	Палеев В. А. Создание и внедрение высокостойких зубчатых дисков для роторных пил горячей резки проката: Диссертация на соискание ученой степени канд. техн, наук // М.: ВНИИМЕТМАШ, 1986. 320 с.
11.	Режущие машины прокатных цехов / Е. А. Жукевич-Стоша, А. 3. Слоним, П. И. Сидоров и др. Ч. II. М.: НИИИН-ФОРМТЯЖМАШ, 1971. АШ-70. 168 с.
12.	Тарасов Б. М. Летучая пила холодной резки Ц Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1985. 146 с.
13.	Татарников В. В. Комплексное исследование резки проката на пилах: Диссертация на соискание ученой степени докг. техн. наук. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1980. 389 с.
14.	Усовершенствованная машина для правки пильных дисков / А. 3. Слоним, П. И. Сидоров, А. А. Ищенко и др. // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1988. 206 с.
15.	Целиков А. И. Механизмы прокатных станов. М.: Машгиз, 1946. 270 с.
Глава 8.19
ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Правильные машины предназначены для устранения выходящих за пределы заданных техническими требованиями отклонений формы проката, к которым относятся отклонения от прямолинейности и скрученность, а для труб - также и овализация поперечного сечения.
Отклонение от прямолинейности сортового проката и труб называют продольной кривизной. Общая кривизна характеризуется максимальным прогибом в миллиметрах на всей длине проката, относительная - на длине 1 м. Для полос и листов отклонение от прямолинейности поверхности в продольном направлении называют также волнистостью, искривление в плоскости полосы - серповидностью. Под коробоватостью подразумевают искривление поверхности одновременно в продольном и поперечном направлениях.
К скрученности относят деформацию проката, обусловленную угловым поворотом сечений, последовательно расположенных вдоль оси.
В зависимости от сортамента проката и характера дефектов применяют правку: изгибом, растяжением, кручением или комбинацией указанных способов.
Правильные машины в металлургическом производстве подразделяют в соответствии с обрабатываемыми на них видами проката на три основные труппы: листоправильные, сортоправильные и трубоправильные.
8.19.1. ЛИСТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Теоретические основы процесса правки. Правку листового проката в большинстве случаев осуществляют упругопластическим изгибом. Основы процесса правки, изложенные в работах А. И. Целикова [14, 15], заключаются в следующем.
Предположим, что при пластическом изгибе, как и при упругом, поперечные сечения полосы остаются плоскими, материал является идеально упругопластическим, а напряжения в зоне пластических деформаций -постоянны и равны пределу текучести ст\у (рис. 8.9.1), тогда момент внутренних сил при изгибе выразится формулой
ZQ	h/2
М = ijazdF +2	(8.19.1)
о	Zq
ЛИСТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
821
a)	S)	4)
Рис. 8.19.1. Эпюры напряжений изгиба идеально упругопластического материала: а - упругопластический изгиб;
б - пластический изгиб; в - упругий изгиб
где ст - текущее значение напряжения при упругой деформации; z - расстояние от нейтральной оси до плоскости действия напряжения ст; Zq - расстояние от нейтральной оси до плоскости начала пластических деформаций; F - площадь поперечного сечения полосы; h -высота полосы в плоскости действия изгибающего момента.
Выражая ст через предел текучести, получим
(8.19.2)
*о	h/2
M = <ss — [z2dF+2 [zdF .
Zq	J
\	0	zq	7
Zo
Выражение в скобках представляет собой упругопластический момент сопротивления. Первый член выражения - момент сопротивления упругого ядра (ТИ'), второй - удвоенный статический момент (S') площади пластической зоны полусечения относительно нейтральной оси.
Следовательно
Л/ = стдУ(Илг+ 5").	(8.19.3)
Для прямоугольного сечения шириной b и высотой h уравнение (8.19.3) примет вид:
bL 4
М = ст $Ь
(8.19.4)
3
Чтобы определить изгибающий момент при упругопластическом изгибе, необходимо знать величину Zjq в уравнении (8.19.4), которая зависит от деформации волокон.
Для выпрямления полосы с исходной кривизной 1 / ри (рис. 8.19.2) ее следует изогнуть в обратную сторону с такой кривизной 1 / р, которая после снятия нагрузки уничтожится действием упругих сил, и полоса станет прямой. Деформация волокон при изгибе
Рис. 8.19.2. Радиусы кривизны выпрямляемой полосы в зоне деформации
пропорциональна приращению первоначального угла (ри между двумя сечениями, перпендикулярными к нейтральной линии. На расстоянии Z от нейтральной линии относительная деформация г равна:
г(<ри + ч>) (ри-г)ф'
(8.19.5)
Пренебрегая в знаменателе значением z
по сравнению с Ри и учитывая, что РиФи ~ РФ, можно получить выражение полной деформации при изгибе:
I 1	1
е = л-----+ —
КРи Р.
(8.19.6)
Эпюры этих деформаций в виде горизонтальных отрезков между сечением АА до деформации и сечением А^А^ при изгибе в обратную сторону (см. рис. 8.19.2) утрированно показаны на рис. 8.19.3.
Рис. 8.19.3. Совмещение эпюр напряжений и деформаций при изгибе
822
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Полная деформация слагается из упругой и остаточной деформаций, характеризуемых эпюрами А\А2ВС и AAzB, поскольку горизонтальные расстояния между линиями А%В и А\ С равны деформациям Су при пределе текучести. Эпюры напряжений пропорциональны упругим деформациям, поэтому нет необходимости изображать их отдельно. Следовательно, например, эпюра А1А2ВС в определенном масштабе (модуля упругости) является одновременно эпюрой напряжений (см. рис. 8.19.1, а).
При снятии нагрузки полоса распрямляется, и сечение из положения A}Ai переходит в положение Л3Л3, перпендикулярное нейтральной оси. В полосе, при этом, возникнут остаточные напряжения упругого сжатия, характеризуемые эпюрой A2A3D, и остаточные напряжения упругого растяжения, характеризуемые эпюрой DBC. Моменты этих эпюр относительно точки С равны между собой из условий равновесия сечения А3А3:
MA2AyD = MDBC. (8.19.7)
Момент правки по уравнению (8.19.4), выражаемый моментом эпюры А1А2ВС относительно точки С, численно равен также моменту эпюры А^А^С относительно той же точки, поскольку при снятии нагрузки, как было условлено, полоса распрямляется и сечение A^Ai под действием упругих сил переходит в положение А3А3:
М\а2ВС = М(8.19.8)
Этот момент от действия упругих сил по известной формуле сопротивления материалов равен:
М = —,	(8.19.9)
Р
ще I - момент инерции сечения; Е - модуль упругости материала.
С учетом того, что при Z ~ Zq относительная деформация
8,=-^-,	(8.19.10)
на основании уравнения (8.19.6) можно записать
а а 1
*0=““---------Г- (8.19.11)
Е — + ±
Ри Р
Значение Z6 после подстановки в (8.19.11) значения р из уравнения (8.19.9) дает возможность по уравнению (8.19.4) определить окончательный изгибающий момент, необходимый для правки полосы.
При правке сильно искривленной полосы координата Zq по сравнению с h / 2 мала и при определении момента может не учитываться. Изгибающий момент в этом случае будет максимально возможным (см. рис. 8.19.1, б):
M = MS =	(8.19.12)
ще S - пластический момент сопротивления, равный удвоенному статическому моменту полусечения полосы.
Наоборот, при правке слабо искривленной полосы координата Zq простирается почти на все полусечение и изгибающий момент может быть принят минимальным (см. рис. 8.19.1, в):
M —	—	(8.19.13)
где W - момент сопротивления при упругом изгибе.
Например, для прямоугольного сечения
5 = -^-,	(8.19.14)
и, следовательно, в зависимости от кривизны полосы значение М может меняться от Муу до Ms = \,5Муу.
Правку полосы на практике осуществляют упругопластическим изгибом (см. рис. 8.19.1, а), при этом доля сечения, подвергаемая пластическим деформациям, характеризуется коэффициентом упругой зоны к, представляющим собой отношение
к = ^-.	(8.19.15)
h
При постоянной исходной кривизне правка полос не представляет особых затруднений. Более сложным является устранение неравномерной кривизны. Правка такой полосы основана на многократных последовательных перегибах, осуществляемых между расположенными в шахматном порядке роликами правильной машины (рис. 8.19.4), при этом наиболее интенсивный изгиб, осуществляемый входными роликами, затем постепенно уменьшается по мере продвижения полосы к выходу из машины.
ЛИСТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
823
Рис. 8.19.4. Схема правки на роликовой правильной машине:
а - силы, действующие на ролики; б и в - соответственно остаточная кривизна полосы и изгибающий момент под каждым из роликов
Предельное значение кривизны упругого изгиба определяют из выражения
— = ^у-,	(8.19.16)
Р5 EI
минимальное значение кривизны упругого изгиба при правке - из выражения
1
Pw El
(8.19.17)
Исходя из необходимости обеспечения радиуса изгиба полосы для осуществления правки, примем за основные параметры роликовых правильных машин шаг t и диаметр D рабочих роликов, которые на практике связаны между собой соотношением
D= (0,90 - 0,95)/.	(8.19.18)
Минимально допустимый шаг обуславливается контактными напряжениями, которые при больших значениях могут вызвать ускоренный износ роликов и порчу поверхности
металла. С учетом этих напряжений, приближенно оцениваемых по формуле Герца, минимальное значение шага
^min
(8.19.19)
Максимально допустимый шаг обуславливается возможностью образования пластических деформаций. На практике в большинстве случаев правка полосы обеспечивается при условии, что пластические деформации имеют место в 2 / 3 сечения полосы. В этом случае коэффициент упругой зоны к » 0,3. Приняв во внимание соотношение (8.19.18), определим максимально допустимый шаг роликов:
'шах ~ 0,ЗА —.	(8.19.20)
Силы, действующие на ролики, определяют в зависимости от распределения моментов, изгибающих полосу между роликами (см. рис. 8.19.4, в). На втором - четвертом роликах
824
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
эти моменты можно принять равными следующей величине:
M'l — М$ — М4 — Gg $ = Afo (8.19.21) а на трех предпоследних роликах
M„.l = Mn.2=Mn.3 = as1¥ = M1y.
(8.19.22)
На остальных роликах могут быть приняты промежуточные значения изгибающих моментов. Тогда с учетом (8.19.21) силы на первых трех роликах определяют из условий равновесия внешних сил, сначала относительно первого, а затем второго и третьего сечений (см. рис. 8.19.4, а):
=	(8.19.23)
(8.19.24)
P3=^^L.	(8.19.25)
Сила Р3 является максимальной для роликов правильной машины. Аналогично определяют силы на трех последних роликах:
pn = !MjV.	(8.19.26)
(8.19.27)
Pn-2=^Y~-	(8.19.28)
Силы на остальных роликах принимают средними между Р3 и Рп _ 2-
Суммарный вращающий момент правки
Мъ = М?+Мп,	(8.19.29)
где - момент, затрачиваемый на преодоление трения; Ми - момент, затрачиваемый на пластическую деформацию металла;
Му =
(8.19.30)
где pi - коэффициент трения качения роликов по полосе; при правке листов рекомендуемый Ш = 8,0 • 10’4 м [15]; Ц2 ~ коэффициент трения в опорах роликов; do - диаметр трения роликовых опор.
Приняв для упрощения, что изгибающий момент каждого из перегибов равен М$, при правке полосы с переменной кривизной
^=fMr-+-r+2£y’
2 Vp0 р2 3 Pi)
(8.19.31)
где D - диаметр ролика; — - исходная кри-Р0
1	1
визна полосы; —, ..., — - остаточная кри-Р2	Pi
визна, под соответствующим роликом (см. рис. 8.19.4, б).
Для повышения точности расчетов следует принимать во внимание деформации металла под каждым роликом и соответствующие им моменты изгиба. Кроме того, рекомендуется пользоваться истинными значениями сопротивления деформации, учитывающими величину и скорость деформации [8, 12, 13].
Рекомендации по выбору параметров листоправильных машин. В отечественной практике установлен [5] ряд предпочтительных линейных размеров шага роликов, мм: 28, 32, 40, 50, 60, 80, 100, 130, 160, 200, 250, 280, 300, 320, 360, 400, 450, 500, 560, 600, 670, 750, 800, 850.
Длиной бочки рабочих роликов определяется максимальная ширина выправляемых листов. На практике длина роликов составляет 200 - 5000 мм, максимальная ширина листа -0,8 - 0,95 длины ролика (меньшие значения относятся к меньшей длине ролика).
Еще одним важным конструктивным параметром правильной машины является число рабочих роликов. Между числом роликов и их диаметром имеется определенная связь (табл. 8.19.1).
8.19.1. Соотношение диаметров и чисел рабочих роликов в листоправильных машинах
Диаметр рабочего ролика, мм	Число роликов
300.- 800	7, 9
160 - 300	7, 9, 11, 13
60 - 150	11, 13, 15, 17
25 - 50	17, 19, 21, 23, 25, 27, 29
Примечание. Большее число роликов применяют при повышенных требованиях к точности правки и увеличенной прочности листа.
ЛИСТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
825
Рис. 8.19.5. Листоправильная роликовая машина
Диаметр роликов зависит от толщины листа и предела текучести материала и определяется выражением (8.19.18) с учетом (8.19.19) и (8.19.20).
Роликовые правильные машины условно подразделяют на тонколистовые (толщина листа до 4 - 6 мм) и толстолистовые (толщина листа более 6 мм). Скорость правки на тонколистовых машинах составляет 0,5 - 6 м/с, на толстолистовых - 0,1 - 2 м/с.
Конструкция типовой листоправильной машины приведена на рис. 8.19.5. Машина состоит из рабочей клети 1 и привода, который, как правило, содержит электродвигатель 2, редуктор, шестеренную клеть 3 и универсальные шпиндели 4. Основой рабочей клети машины является станина, в которой смонтированы ролики и механизмы их настройки.
Настройка листоправильной машины заключается в установке положения рабочих роликов одного ряда относительно другого в зависимости от толщины листа, его механических свойств и характера исправляемого дефекта. Применяют два вида настройки роликов: вдоль (рис. 8.19.6) и поперек (рис. 8.19.7) оси правки.
Машины с групповой параллельной настройкой вдоль оси (см. рис. 8.19.6, а) применяют для горячей правки листов при отсутствии повышенных требований по прямолинейности. Групповую настройку наклоном (см. рис. 8.19.6, б) используют, преимущественно, при правке тонких листов в холодном состоянии. Для тех же целей применяют комбинированную настройку с наклоном крайних секций роликов (см. рис. 8.19.6, д), которая, по сравнению с предыдущей, позволяет обеспечивать более высокую суммарную деформацию, что расширяет технологические возможности машины.
I
Рис. 8.19.6. Настройка роликов листоправильной машины вдоль оси правки
826
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Рис. 8.19.7. Поперечим настройка роликов листоправильной машины
При комбинированной параллельной настройке (см. рис. 8.19.6, г) облегчаются условия подачи листов в машину и имеется возможность регулировать прогиб листа, что способствует стабильности результатов правки по сравнению с групповой настройкой. Такую настройку применяют преимущественно для холодной и горячей правки толстых листов.
Индивидуальная радиальная настройка роликов (см. рис. 8.19.6, в) дает возможность регулировать изгиб листа под каждым роликом. Ее используют на машинах с достаточно большим шагом. Индивидуальная настройка обеспечивает повышенную точность при правке толстых листов в холодном состоянии.
Параллельная поперечная настройка роликов верхнего и нижнего ряда (см. рис. 8.19.7, а) рассчитана на исправление продольной
кривизны (волнистости) листа. Для исправления других дефектов, характерных для листов и полос, в частности, коробоватости, необходимо, чтобы деформации изгиба неравномерно распределялись по ширине. Настройка роликов в поперечном направлении вводится с этой целью.
Групповой поворот роликов одного ряда относительно оси правки (см. рис. 8.19.7, б) или индивидуальный поворот каждого из роликов (см. рис. 8.19.7, в) создает неодинаковые деформации по краям полосы.
Более широкие возможности для варьирования распределением деформаций по ширине полосы дает изгиб рабочих роликов (см. рис. 8.19.7, г). В комбинации с поперечным поворотом такая настройка позволяет исправлять различные виды коробоватости [12, 13J. Изгиб рабочих роликов осуществляют посредством нескольких секций опорных роликов, оснащенных соответствующими настроечными механизмами. При диаметре роликов менее 75 мм эти механизмы снабжены ручным приводом, при диаметре 75 - 90 мм - электроприводом. В современных машинах характер и величину изгиба рабочего ролика контролируют специальными табло-индикаторами или по изображению на дисплее.
В толстолистовых правильных машинах, имеющих рабочие ролики диаметром более 90 мм, рабочие ролики не подвергают изгибу, так как при толщине листа более 6 мм коро-боватость практически отсутствует.
Опорные ролики. В машинах для правки листов большой ширины с целью обеспечения прочности рабочего ролика и его подшипниковых опор рабочую клеть оснащают опорными роликами, схемы установки которых приведены на рис. 8.19.8. Вдоль осей рабочих роликов, как правило, устанавливают несколько рядов опорных роликов. Шахматное расположение опорных роликов относительно рабочих (см. рис. 8.19.8, а) наиболее распространенное, так как обеспечивает восприятие как вертикальных, так и горизонтальных нагрузок, действующих на рабочие ролики. Машины с шахматным расположением опорных роликов Применяют обычно для холодной правки листов, не имеющих окалины.
Попарное (опозитное) расположение опорных и рабочих роликов (см. рис. 8.19.8, б) применяют, преимущественно, в машинах горячей правки, так как обеспечивается свободное удаление окалины.
Смешанное расположение опорных и рабочих роликов (см. рис. 8.19.8, в) используют, в машинах для холодной правки листов с окалиной.
ЛИСТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
827
Рис. 8.19.8. Схемы установки опорных роликов листоправильных машин. Ролики машин:
7 - опорный; 2 - рабочий; 3 - промежуточный
Наличие промежуточных роликов (см. рис. 8.19.8, г)	на поверхности рабочих
роликов следы контакта с опорными роликами, которые отпечатываются на обрабатываемом листе. Такие машины применяют для листов из цветных металлов, к качеству поверхности которых предъявляют повышенные требования.
Растяжные машины применяют наряду с роликовыми для правки листов и полос. При растяжении листа с исходной коробоватостью пластические деформации возникают, в первую очередь, на более коротких волокнах, и общая деформация коротких волокон больше по сравнению с деформацией длинных. В результате коробоватость, вызванная различной длиной волокон по ширине листа, уменьшается. Исправление волнистости объясняется тем, что в искривленных волокнах листа возникают упругопластические деформации как растяжения, так и изгиба. Последние направлены в сторону, противоположную исходной кривизне. Поэтому после снятия нагрузки исходная кривизна уменьшается.
Различают растяжные машины дискретной и непрерывной правки.
При дискретной правке исправляемый лист по концам защемляется в зажимах. Один из зажимов, перемещаемый гидроцилиндром, растягивает лист на заданную величину, обеспечивая необходимые для правки пластические деформации. Дискретную правку применяют как для листов, так и для полос. В последнем случае правку осуществляют в результате последовательных перехватов. В этом случае конструкция зажимов обеспечивает пропуск полосы и исключает повреждение поверхности металла.
Растяжные машины дискретного действия применяют для правки листов с широким диапазоном размеров поперечного сечения и механических свойств материала. Однако используют их преимущественно для правки широких высокопрочных листов. Ограниченное применение таких машин связано с низкой производительностью по сравнению с роликовыми правильными машинами.
Непрерывную правку полос растяжением осуществляют на специальных машинах (рис. 8.19.9). Машина состоит из входного 7 и выходного 2 натяжных устройств. Необходимое для правки удлинение обеспечивается разностью скоростей, задаваемых полосе входным и выходным натяжными устройствами, приводимыми от двигателя 4 через редукторы 5 и 6. Для интенсификации процесса деформирования машина оснащена роликовым изгибающим устройством 3, позволяющим осуществлять комбинированный способ правки растяжением с одновременным изгибом полосы.
Методика расчета основных параметров роликовых натяжных устройств растяжных листоправильных машин приведена в работах [12, 13].
828
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Рис. 8.19.9. Правильно-растяжная машина непрерывной правки полосы
8.19.2. СОРТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Роликовые сортоправильные машины. Основная масса сортового проката подвергается правке в холодном состоянии на роликовых сортоправильных машинах. Правку в этих машинах осуществляют многократным знакопеременным упругопластическим изгибом между роликами, на поверхности которых нарезаны калибры, соответствующие профилю обрабатываемого проката.
Классификация машин. Различают машины для правки крупного, среднего и мелкого сортового проката.
На крупносортных машинах правят балки №№ 20 - 60, швеллеры №№ 20 - 45, угловой профиль 100 х (100 - 200) х 200 мм, круглую сталь диаметром 100 - 200 мм, квадратную сталь со стороной 90 - 200 мм, тяжелые рельсы и другой прокат аналогичных размеров.
Среднесортные машины применяют для правки балок №№ 6 - 22, швеллеров №№ 6 -22, угловой стали 50 х (50 - 100) х 100, тавров 50 х (50 - 140) х 140, круглой стали диаметром 50 - 100 мм, квадратной стали со стороной 40 - 90 мм.
Для мелкосортных машин характерными профилями являются угловая сталь 20 х (20 -40) х 40 мм, круглая сталь диаметром 8 -
30 мм, квадратная сталь со стороной 8-25 мм [И].
По размещению роликов в рабочей клети различают машины закрытого и открытого типов.
В машинах закрытого типа правильные ролики размещены между двумя подшипниковыми опорами, что позволяет повысить нагрузочные возможности роликов на мелком и среднем сортах, котда необходима повышенная производительность или осуществляется многоручьевая правка. Однако у машин закрытого типа усложнена перевалка и контроль правильности установки роликов.
У машин открытого типа правильные ролики установлены консольно, благодаря чему обеспечивается удобный доступ к роликам при перевалке, облегчается контроль правильности установки роликов вдоль оси и улучшается обзор зоны правки. Этим объясняется преимущественное применение машин открытого типа, конструкция и расчет которых рассмотрены в работах [11 - 13, 15].
Машины открытого типа подразделяют на одноплоскостные и двухплоскостные.
Одноплоскостные машины, как правило, выпускают вертикального исполнения, когда правильные ролики расположены в вертикальной плоскости. Одноплоскостная машина со
СОРТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
829
стоит из рабочей клети и привода. Правильные ролики рабочей клети устанавливаются в шахматном порядке. Ролики одного ряда установлены неподвижно, ролики другого ряда имеют механизмы радиальной настройки, которая может быть индивидуальной для каждого ролика или групповой в зависимости от размера машины. Для расширения диапазона выправляемого проката в некоторых конструкциях машин предусматривается регулирование шага роликов.
Двухплоскостные машины (рис. 8.19.10) предназначены для исправления продольной кривизны в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, поэтому ролики рабочих клетей 2
и 3 расположены соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. На входной стороне машины имеются подающие ролики 7. Ролики вертикальной и горизонтальной групп приводятся во вращение от общего привода 4.
Основные конструктивные параметры роликовой сортоправильной машины - диаметр правильного ролика, шаг роликов и их число.
Технологические возможности машины определяются также нагрузочной характеристикой, которая представляет собой наибольший момент изгиба профиля в плоскости правки и определяется по формуле
Рис. 8.19.10. Двухплоскостная роликовая сортоправильная машина
830
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
M —	(8.19.32)	Основные параметры роликовых сорто- правильных машин приведены в табл. 8.19.3. где Сту - предел текучести материала; W - мо- Расчет изгибающих моментов и действующих мент сопротивления упругому изгибу; кд - на ролики сил может быть проведен по метокоэффициент профиля (табл. 8.19.2).	Дике, изложенной в параграфе 8.19.1. 8.19.2. Коэффициент профиля сортового проката	
Наименование профиля, подвергаемого правке	Коэффициент профиля, кп
Двутавр, швеллер, рельс (изгиб в плоскости наибольшей жесткости)	1,20
Швеллер (изгиб в плоскости наименьшей жесткости)	1,60
Двутавр (изгиб в плоскости наименьшей жесткости)	1,80
Уголок	1,50
Прямоугольник	1,50
Шестигранник	1,60
Круг	1,70
Квадрат (изгиб по диагонали)	2,00
Равносторонний треугольник	2,37
8.19.3. Основные параметры роликовых сортоправильных машин [7]
Диаметр ролика	Шаг роликов	Число роликов в рабочей клети	Нагрузочная характеристика, х 10-3 Н • м
мм			
75	Мелкосортн] 80	ле машины 8 - 11	0,6
90	100		0,8
115	125		1,1
145	160		1,5
180	200		2,0
230	250		4,0
290	320		5,7
360	Среднесортн 400	ые машины 6 - 9	14,0
450	500		30,0
580	630		67,5
730	800		102,0
850	1000		168,0
1000	Крупносортн 1250	:ые машины 6 - 8	300
1100	1400		650
1280	1600		1020
1450	1800		1390
1600	2000		1740
СОРТОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
831
Правку на правильных прессах применяют, в основном, для профилей крупных размеров и проката из труднодеформируемых материалов: круглого и квадратного профилей с размером сечения 180 мм и более, двутавровых балок высотой более 600 мм, железнодорожных рельсов.
Прессы используют как самостоятельное правильное оборудование и как оборудование для выборочной доправки металла после роликоправильных машин. Изготовляют прессы трех типов - вертикальные, горизонтальные и наклонные [11 - 13].
Правильно-растяжные машины используют в ряде случаев для правки сортового проката (рис. 8.19.11). Такая машина состоит из передней 1 и задней 2 зажимных головок, смонтированных на общей станине 3. Положение задней головки на станине может меняться в зависимости от длины проката. Передняя головка перемещается под действием гидроцилиндра 4, растягивая выправляемый профиль. В некоторых конструкциях передняя головка может принудительно поворачиваться и осуществлять одновременно с растяжением правку раскручиванием.
Правка растяжением происходит при напряжениях в металле, равных пределу текучести oj-, при которых растягивающая сила
Рр = а51ъ,	(8.19.33)
где Fn - площадь поперечного сечения профиля.
Допустимое относительное удлинение ер при растяжении определяют из условия, исключающего разрыв выправляемого проката при одноосном напряженном состоянии:
Sp=^- + 08p,	(8.19.34)
где р - коэффициент, учитывающий масштабный фактор, дефекты материала и концентрацию напряжений в зажимах (принимают р = = 0,1 - 0,3); 8р - относительное остаточное удлинение при разрыве.
При правке скрученности основными технологическими параметрами являются крутящий момент, развиваемый раскру-точной головкой, и угол ее поворота.
Крутящий момент М* для изделий прямоугольного сечения равен:
fa3 a2(b-a}
Мк = Tj- — + А > ,	(8.19.35)
16	4 J
где х$ - предел текучести при сдвиге, равный 0,57оу, а и b - соответственно малая и большая стороны сечения.
Для определения крутящего момента профилей сложной формы рекомендуется заменить сечение на описывающий его прямоугольник и определять крутящий момент по уравнению (8.19.35).
Минимальный угол поворота Фпйп раскру-точной головки находят из условия начала появления пластических деформаций на поверхности исправляемого материала:
Фшт =	,	,	(8.19.36)
7РС
где Wp - полярный момент сопротивления поперечного сечения проката; /к - расстояние между крутильными головками; 1р - полярный момент инерции поперечного сечения проката; G - модуль упругости при сдвиге.
Рис. 8.19.11. Правильно-растяжная машина для сортового проката
832
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
В зависимости от исходной скрученности профиля требуемый для исправления угол закрутки (Рг может быть значительно больше минимального
Фг = Фи + Фу, (8.19.37)
где фи и фу - углы соответственно исходной скрученности профиля и упругой отдачи.
Для прямоугольного сечения fa3 a2(b-a 4— л/к/к I 6	4
фу_ IpG ~	IpG
(8.19.38)
По сравнению с роликовыми правильными машинами растяжные машины имеют малую производительность и при их применении возможно повреждение поверхности концевых участков проката зажимами.
8.19.3. ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Косовалковые машины. Правку круглых труб, а также прутков осуществляют, в большинстве случаев, на косовалковых машинах. Обрабатываемое изделие (труба) на этих ма
шинах вращается и одновременно движется поступательно. При этом каждое из сечений трубы подвергается действию сначала возрастающего, а затем убывающего изгибающего упругопластического момента. Винтовое движение и изгиб трубы осуществляются пропуском ее через одну или несколько обойм правильных валков глобоидальной формы, расположенных под некоторым углом к оси правки.
Валковой обоймой принято считать группу валков, центры которых лежат в одной плоскости, перпендикулярной к оси правки. Валковая обойма может состоять из одного -трех валков. В зависимости от числа валковых обойм косовалковые трубоправильные машины подразделяют на два основных типа - с одной валковой обоймой и с несколькими валковыми обоймами.
Машины с несколькими валковыми обоймами - наиболее обширная ipynna косовалковых машин, различаемых по числу валков в обоймах, которые могут быть одно - трехвалковыми (с закрытыми калибрами). В свою очередь, эти машины выполняют с валками одинаковой и разной длин [4].
Машина с одновалковыми обоймами (рис. 8.19.12) является наиболее производительной
Рис. 8.19.12. Трубоправильная машина с одновалковыми обоймами:
1 и 2 - механизмы соответственно угловой и радиальной настройки верхнего валка; 3 - крышка станины; 4 - верхний валок; 5 - основание станины; 6 - электродвигатель привода валков; 7 - универсальный шпиндель;
8 - шестеренная клеть; 9 - механизм угловой настройки нижнего валка; 10 - выпрямляемая труба
ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
833
среди известных конструкций косовалковых правильных машин. Первые по ходу движения трубы верхний и нижний валки установлены один над другим, остальные расположены в шахматном порядке. Нижние валки (приводные) снабжены механизмами угловой настройки, валки верхнего ряда (укороченные) - механизмами угловой и радиальной настройки.
Отличительная особенность машин с одновалковыми обоймами - большой угол разворота валков относительно оси трубы (а = 40 -50°), что позволяет снизить скорость вращения трубы в процессе правки при высоких скоростях ее продольного перемещения. Необходимое для обеспечения требуемой точности правки число перегибов трубы достигается увеличенным числом валковых обойм.
Машины с одновалковыми обоймами отличаются простотой конструкции, надежностью и могут быть рекомендованы для правки труб массового сортамента с коэффициентом тонкостенности (отношением наружною диаметра трубы к толщине стенки) % = 30, когда требуется обеспечить точность 1,0 - 1,5 мм/м при высокой производительности до 6 м/с.
Машины с 2-валковыми обоймами - это большая группа машин, у которых как минимум две обоймы состоят из двух валков. Угол настройки валков у машин этой группы 25 -35°. Машины с 2-валковыми обоймами подразделяют на две подгруппы в зависимости от длины валков в обойме: с одинаковыми по длине валками (ОВ) и с разными по длине валками (РВ).
Машины с разными по длине валками имеют несколько исполнений, отличающихся числом валковых обойм и схемой их расположения (рис. 8.19.13). В машинах этого типа чередуются двух- и одновалковые обоймы. Как правило, удлиненные валки - приводные, а короткие - неприводные. Механизмами радиальной настройки снабжаются только короткие валки. Удлиненные валки такой настройки не имеют, поэтому изгиб трубы может осуществляться лишь по треугольной (рис. 8.19.13, а), двухтреугольной (рис. 8.19.13, б) или многотреугольной (рис. 8.19.13, в и г) схемам.
С увеличением числа валковых обойм возрастает число перегибов, которым может быть подвергнута труба, что положительно сказывается на точности правки.
Машины типа РВ с 2-валковыми обоймами применяют для правки труб массового сортамента. Скорость правки до 2,5 м/с.
Машина типа ОВ с тремя 2-валковыми обоймами приведена на рис. 8.19.14. Станина рабочей клети машины состоит из верхней и нижней траверс, жестко скрепленных между собой колоннами. Три верхние и средний
Рис. 8.19.13. Схемы изгиба трубы в машинах с двухвалковыми обоймами и валками разной длины (тип РВ)
нижний валки установлены в траверсах на ползунах, оснащенных механизмами радиальной и угловой настройки. Крайние нижние валки настраиваются только по углу разворота. Все валки приводные.
В машинах типа ОВ с несколькими валковыми обоймами обеспечивается возможность распределения контактных давлений между трубой и инструментом на большой длине, и следовательно, их уменьшения, что позволяет обрабатывать тонкостенные трубы и сохранять хорошее качество поверхности. В результате благоприятного распределения контактных давлений можно также проводить поперечную деформацию трубы сжатием ее в валковых обоймах для исправления овальности.
27 Зак 108
834
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
5
Рис. 8.19.14. Трубоправилышя машина с двухвалковыми обоймами и валками одинаковой длины (тип ОВ):
1 - верхняя траверса станины; 2 - правильный валок; 3 - колонна;
4 - основание станины; 5 - электродвигатель привода верхних валков;
6 - шестеренная клеть; 7 - универсальный шпиндель
С увеличением числа валковых обойм и при наличии механизмов радиальной настройки нижних валков расширяются технологические возможности по выбору схемы изгиба трубы между валками для обеспечения требуемой точности по прямолинейности (рис. 8.19.15). В связи с этим все большее распространение получают косовалковые машины с четырьмя и пятью двухвалковыми обоймами [18]. Машины типа ОВ можно рекомендовать для правки с нормальной и повышенной точностью продольной кривизны и овальности тонкостенных труб. При этом не исключается также обработка на этих машинах толстостенных труб и прутков. Максимальная скорость правки 1,5 - 2,5 м/с.
Поскольку на работу механизмов радиальной настройки нижних валков может отрицательно сказываться наличие окалины на трубах, машины с одинаковыми валками предпочтительнее применять для обработки труб с чистой поверхностью.
Рабочая клеть машины с закрытыми калибрами (рис. 8.19.16) имеет две 3-валковые обоймы 1 и 2, между которыми расположен
средний валок 3, создающий перегиб трубы в процессе правки. Обойма образована двумя боковыми укороченными валками, закрепленными на поворотных рычагах 4 и 5, и нижним удлиненным приводным валком, установленным на станине 6. Угловая настройка осуществляется автоматически при регулировании раствора боковых валков обоймы.
Закрытый калибр обеспечивает устойчивость трубы при больших деформациях и скоростях до 3,5 м/с. Машины с закрытыми калибрами применяют для толстостенных труб, в том числе, - для труб с повышенной прочностью, имеющих черную поверхность. Точность правки 1,5 мм/м.
Трубоправильные машины с одной валковой обоймой выделяют как обособленный тип машины [1] не только по конструктивному признаку (наличию лишь одной валковой обоймы), но также по их технологическим возможностям, заключающимся, прежде всего, в обеспечении высокой точности правки по всей длине проката, включая концевые участки. Другая особенность машин -возможность при правке уменьшить шерохова-
ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
835
Рис. 8.19.15. Схемы изгиба трубы в машине с двухвалковыми обоймами и валками одинаковой длины (тип ОВ): 1 - однотреугольная; 2 - двутреугольная; 3 - многотреугольная;
4 - трапецевидная; 5 - комбинированная.
Число валковых обойм в машине: а - три; б и в - четыре; гид- пять
тость поверхности и снизить овальность сечения, а также осуществить калибровку проката по диаметру [16]. Это объясняется повышенными контактными давлениями, а также наличием проскальзывания между прокатом и вал
ками. Под влиянием перечисленных факторов микронеровности на поверхности выправляемого изделия сглаживаются. Учитывая эти особенности машин, иногда их называют также правильно-полировальными.
836
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
Рис. 8.19.16. Рабочая клеть трубоправильной машины с закрытыми калибрами
Машины с одной 2-валковой обоймой могут иметь валки одинаковой (рис. 8.19.17, а) или разной (рис. 8.19.17, б) длины. Машины с валками одинаковой длины широко распространены и имеют различные конструктивные исполнения. Их применяют для правки прутков и толстостенных труб диаметром 5 -350 мм. Максимальная скорость правки 0,5 -0,8 м/с.
Двухвалковые машины с валками разной длины, получившие ограниченное распространение, не имеют механизмов угловой настройки - угол установки валков постоянный и составляет 3 - 5°. Прогиб изделий в этих машинах регулируют сближением или разведением правильных шайб опорного валка вдоль вала и радиальным перемещением нажимного валка [1].
Для направления и удержания обрабатываемого проката в одной 2-валковой обойме машина снабжена регулируемыми направляющими линейками, которые, находясь в контакте с прокатом, интенсивно изнашиваются и требуют частой замены. Износ линеек зависит от механической характеристики проката и размеров выправляемого профиля [10].
Двухвалковые машины не рассчитаны на правку тонкостенных труб. Такие трубы могут быть выправлены с высокой точностью по всей длине в машине с одной 3-валковой обоймой (рис. 8.19.18), где правка осуществляется тремя валками, образующими закрытый калибр [2].
Рис. 8.19.17. Схемы трубоправильных машин с одной двухвалковой обоймой:
1 и 3 - валки соответственно нажимной и опорный;
2 - выпрямляемая труба;
4 - правильная шайба опорного валка;
5 - вал опорного валка;
6 - направляющие линейки
ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
837
Рис. 8.19.18. Трубоправильняя машина с одной 3-валковой обоймой:
1 и 2 - механизмы настройки валка соответственно радиальной и угловой;
3 - крышка станины; 4 - нажимной валок;
5 - выправляемая труба; 6 - станина;
7 - опорные валки
Благодаря соответствующей профилировке, а также угловой и радиальной настройке, валками можно осуществлять изгиб трубы и одновременно удерживать ее в межвалковом пространстве в процессе правки без направляющих линеек (рис. 8.19.19). Наряду с исправлением продольной кривизны 3-валковая обойма позволяет устранять овальность труб с небольшой толщиной стенки.
Рис. 8.19.19. Правка трубы в одной трехвалковой обойме:
1 - нажимной валок;
2 - опорные валки;
3 - выправляемая труба
Машины с одной валковой обоймой не рассчитаны на высокие скорости правки, так как угол установки валков невелик, а частота вращения трубы возрастает с уменьшением этого угла. В то же время частота вращения не должна превышать некоторого критического значения, при котором может наступить потеря устойчивости трубы:
«т = “Л— < forb (8.19.39)
где «г - частота вращения трубы; v - поступательная скорость трубы; <4 - наружный диаметр трубы; a - угол разворота валков; [nJ -критическая частота вращения трубы, равная 5000 - 8000 мин'1 (зависит от параметров выправляемого изделия).
Трубоправильные машины с 2 - валковыми обоймами выпускают в горизонтальном или вертикальном исполнении.
Горизонтальные машины, у которых оси поворота валков при угловой настройке расположены горизонтально, имеют небольшой габаритный размер по высоте, что позволяет размещать их в низких помещениях. Валки и механизмы их настройки в малой степени подвержены попаданию окалины. Однако при изменении диаметра выправляемой на горизонтальной машине трубы меняется вертикальное и горизонтальное положение ее нижней образующей при прохождении через валки, что требует перенастройки входных и выходных проводок и рольгангов. Кроме того затруднен обзор трубы при правке и доступ к валкам при их замене.
Вертикальные машины, у которых оси поворота валков расположены вертикально, не имеют указанных недостатков, поэтому находят более широкое применение.
Основным конструктивным параметром косовалковой правильной машины с несколькими валковыми обоймами является расстояние между осями соседних валковых обойм, называемое шагом валков.
Шаг валков зависит от размеров и механической характеристики выправляемой трубы. С другой стороны, шаг определяется конструктивными размерами валка - диаметром горловины, длиной его рабочей части и углом установки.
Размеры валка связаны с нагрузками и необходимостью создать достаточную длину контакта с трубой. При этом диаметр горловины выбирают по условиям прочности, исходя из нагрузочной характеристики и:
u=asWkx, (8.19.40)
838
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
где ctj- - предел текучести материала; W - момент сопротивления сечения трубы при упругом изгибе; к\ - коэффициент момента сопротивления, определяемый отношением пластического момента сопротивления к моменту сопротивления сечения при упругом изгибе (см. табл. 8.19.4).
8.19.4. Значение коэффициента момента сопротивления в зависимости от толщины стенки трубы
Коэффициент тонкостенности	Коэффициент момента сопротивления к\
2 - 3,3	1,7
3,3 - 5	1,6
5 - 8	1,5
8 - 20	1,4
20	1,3
Применительно к правке круглого проката диаметром 8 - 530 мм из черных и цветных металлов с пределом текучести не более 1000 МПа при коэффициенте тонкостенности труб х 50 предусматривается [6] десять типоразмеров косовалковых машин, основные параметры которых приведены в табл. 8.19.5.
Теоретические основы процесса правки труб на косовалковых машинах даны в работах А. И. Целикова [14, 15]. В частности, для определения энергосиловых параметров процесс упругопластического деформирования разделяется на две составляющие: одна
составляющая обуславливается лишь вращательным движением металла, другая - осевым. Дальнейшее развитие методика определения основных параметров процесса правки на косовалковых машинах получила в работе [9]. Применительно к правке проката круглого сплошного и кольцевого сечений получены вспомогательные функции, учитывающие коэффициент упругой деформации к и коэффициент профиля X:
к = —,	(8.19.41)
гт
где Zo - высота упругой зоны; гт - наружный радиус сечения трубы;
Х=-^-,	(8.19.42)
гт
где гв - внутренний радиус трубы.
Вспомогательные функции имеют вид:
/2(*) = (1-*2)М;	(8.19.43)
1	. ,	2k2 -1 /	i2\V2
= —-arcsinfc +-------1 - k I +
• 2k	2 V f
+ y(l-fc2)^;	(8.19.44)
f4(k) = 0,5л -	- k2^2 - arcsinfc.
(8.19.45)
8.19.5. Основные параметры косовалковых правильных машин с несколькими валковыми обоймами [б]
Размеры, мм
Типоразмер машины	Шаг валковых правильных машин		Диаметр горловины валка	Диаметр выправляемого проката		Нагрузочная характерис-тика, кН • м
	типа ОВ	типа РВ		min	max	
I	200	150	80	8	20	1,5
II	300	200	120	10	40	2,5
III	400	250	160	15	60	4,5
IV	560	320	210	20	80	15
V	710	400	260	30	120	50
VI	900	500	320	40	160	100
VII	1180	630	400	55	220	260
VIII	1500	800	500	70	250	500
IX	2000	1000	630	90	320	1050
X	2700	1400	820	140	530	2000
ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
839
Исходным для вывода формулы упруго-пластического момента изгиба принято уравнение (8.19.1). Применительно к круглому прокату формула для определения изгибающего момента М (рис. 8.19.20) может быть записана в общем виде:
М = П5- Гт3 (£, 1),	(8.19.46)
где Vi(£, X) - вспомогательная функция для расчета упругопластического изгибающего момента;
при X £ к < 1
У1(*,х)=Я(*)-х7э(т);
\ А/
(8.19.47)
при X < к < 1
Ч'1(*,Х.) = /з(Л)-^Х4.	(8.19.48)
Работа пластического деформирования Аф обусловленная вращательным движением проката за один его оборот, в упрощенном виде может быть рассчитана по формуле
2
^вр =	4i Wife* ^),
(8.19.49)
где \|/2(fc, X) - вспомогательная функция для расчета работы пластического деформирования при повороте изогнутого круглого проката;
при к <> X
Рис. 8.19.20. Схема приложения сил к трубе в машине с тремя валковыми обоймами
(8.19.50) при к > X
ч/2(л, М-
(8.19.51) здесь 41 ~ приведенная длина зоны пластической деформации для общего случая, когда на некотором участке момент изгиба имеет постоянное значение (см. рис. 8.19.20);
4г = 4 +
где 4 - длина участка с постоянным изгибающим моментом, на котором напряжение достигло предела текучести; /э - эквивалентная длина участка, для которой принято к — const =
4 = (0,5 - 0,7) 4
\ wi(i;
(8.19.52)
где 4, - длина участка с переменным изгибающим моментом; 4i = " 4 “ 4-
Работа пластической деформации при осевом перемещении проката на величину А/ определяется формулой
2
Яп = 2-^-гт2 Д/ v3(fc. 4	(8.19.53)
где Ц/з(£, М " вспомогательная функция для расчета работы пластической деформации изогнутого круглого проката при осевом его перемещении;
для проката кольцевого сечения
Чз(к, X) = ^/2 (*) - x72f|) - /4(k) -ЗК	\ К/
-	J	(8.19.54)
для проката сплошного круглого сечения
(8.19.55)
Силу действия металла на валки определяют исходя из величины изгибающего момента. Для упрощения расчетов контактные
840
Глава 8.19. ПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
давления между валками и трубой представляют в виде сосредоточенных сил (см. рис. 8.19.20):
М
Р = —~.	(8.19.56)
»и
Суммарный вращающий момент Мъ, необходимый для привода валков трубоправильной машины, определяют по формуле
Мв = Л/вр +	(8.19.57)
где ЛГВр - момент затрачиваемый на пластическую деформацию при вращении трубы; Мп -момент, затрачиваемый на пластическую деформацию при поступательном перемещении трубы; М? - момент на трение между трубой и валками и в опорах валков;
Мт	cos а; (8.19.58)
41 2ягт *
А
Мп =-^-7?Bsina;	(8.19.59)
Му = УРАв[цп ^2^ ,	(8.19.60)
где Р - суммарная сила, действующая на валки; R* - радиус горловины валка; a - угол разворота валка; цп - приведенный коэффициент трения между трубой и валком; принимается цп = 0,024 [9]; Ц2 - коэффициент трения подшипниковых опор валка; Rn - радиус трения подшипниковой опоры.
Трубоправильные машины роторного типа применяют для правки труб, круглых прутков и проволоки без вращения проката. Общим в конструкции этих машин является наличие подающе-тянущего механизма и вращающегося правильного ротора, осуществляющего упругопластический изгиб изделия при его поступательном перемещении.
Основные узлы роторной машины могут иметь различное конструктивное исполнение [3, 11]. В качестве правильного инструмента ротора применяют сплошные изогнутые трубки, фильеры неподвижные или установленные на подшипниках, валки глобоидной формы.
Роторная трубоправильная машина с косовалковым ротором приведена на рис. 8.19.21.
Рис. 8.19.21. Роторная трубоправильная машина (и) и косовалковый ротор (5):
1 и 3 - ролики соответственно подающие и тянущие;
2 - правильный ротор;
4 - электродвигатель привода подающе-тянущего механизма;
5 - раздаточный редуктор; 6 - электропривод ротора;
7 - правильный валок;
8 - механизм настройки валка;
9 - контргруз динамического уравновешивания
ТРУБОПРАВИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
841
Частоту вращения пр косовалкового ротора определяют по формуле
Лр=-^—,	(8.19.61)
F 7uaTtgoc где v - поступательная скорость трубы; -наружный диаметр трубы; a - угол разворота валка.
Специальные машины. Для правки особо тонкостенных труб (f > 60) созданы машины с многовалковыми обоймами (рис. 8.19.22). Вращение расположенных рядом обойм происходит в противоположных направлениях. Это позволяет уменьшить мо-
мент, скручивающий трубу в процессе правки, что важно при обработке особо тонкостенных труб. В закрытом калибре валковой обоймы осуществляется поперечная деформация трубы, обеспечивая, наряду с правкой продольной кривизны, исправление овальности. Тянущие ролики оснащены обгонными муфтами, поэтому поступательная скорость трубы в процессе правки задается валками, обкатывающимися вокруг нее. Это исключает проскальзывание между валками и трубой, что способствует уменьшению шероховатости поверхности трубы.
Рис. 8.19.22. Схема роторной трубоправильной машины с многовалковыми обоймами и конструкция обоймы: а - схема машины; б - четырехвалковая обойма;
1 и 3 - ролики соответственно подающие и тянущие;
2 - валковая обойма; 4 - правильный валок;
5 и 6 - механизмы настройки валков соответственно радиальной и угловой;
7 - выправляемая труба
842
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Рис. 8.19.23. Правильная машина с качающимися обоймами
Для правки профильных труб применяют машины с качающимися обоймами (рис. 8.19.23), в которых предусмотрено пять сменных последовательно установленных обойм с неприводными роликами, по обе стороны от которых расположено по две пары приводных тянущих роликов 1. Крайние роликовые обоймы 2 установлены неподвижно, одна или три средние обоймы 3 выполняют качающимися.
Качание обойм осуществляется двумя эксцентриковыми валами 4 и 5. При одновременном вращении эксцентриков роликовая обойма движется по замкнутой траектории в плоскости, перпендикулярной к оси правки. Траектория движения роликовой обоймы может быть круговой или эллиптической. При вращении одного эксцентрикового вала обойма совершает колебательное движение. Поскольку выправляемый прокат одновременно находится в неподвижных и поперечно перемещающихся обоймах, а также движется поступательно тянущими роликами, он подвергается знакопеременному упругопластическому изгибу. Частоту колебания обоймы и скорость подачи проката можно изменить в широких пределах.
Оценку технического уровня правильной машины проводят по таким параметрам, как нагрузочная характеристика, диапазон обрабатываемого сортамента, производительность, а также обеспечиваемая точность правки. Помимо этого технический уровень характеризуется наличием: гидроприводов; специальных механизмов и приспособлений, облегчающих и упрощающих перевалку правильных роликов и валков и обеспечивающих автоматизированную настройку правильной машины по заданным параметрам выправляемого проката.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Игнатов В. Н., Лебедев В. В., Русанов О. А. Косовалковые правильные машины с одной валковой обоймой. М.: НИИМаш, 1969. 60 с.
2.	Маскилейсон А. М., Москалев В. А., Левитский Д. С., Хотимский Ю. Л. Машины для точной правки труб // Сталь, 1989. № 5. С. 58 - 61.
3.	Маскилейсон А. М., Ротов И. С. Машины для правки труб из бунтов // Черме-тинформация, 1972. Вып. 2. Сер. 8. 20 с.
4.	Маскилейсон А. М., Сапир В. И., Ко-миссарчук Ю. С. Трубоправильные машины. М.: Машиностроение, 1971. 20 с.
5.	Машины листоправильные роликовые. Основные параметры: ОСТ 24.015.02-85. 20 с.
6.	Машины правильные косовалковые. Основные параметры: ОСТ 24.015.04-72. Пе-реизд. 1974. 12 с.
7.	Машины сортоправильные роликовые. Основные параметры: ОСТ 24.015.03-85. 24 с.
8.	Мошнин Е. Н. Гибочные и правильные машины. М.: Машгиз, 1956. 252 с.
9.	Остринский А. С. Определение расчетных параметров косовалковых трубоправильных машин // Тр. ВНИИМЕТМАШ, 1967 № 19. С. 7 - 54.
10.	Ротов И. С. Совершенствование трубоправильных машин с одной валковой обоймой И Вестник машиностроения, 1986. № 7. С. 49 - 53.
11.	Семененко Ю. Л. Машины для правки проката. М.: Металлургиздат, 1961. 208 с.
12.	Слоним А. 3., Сонин А. Л. Машины для правки листового и сортового материала. М.: Машиностроение, 1975. 208 с.
МОТАЛКИ СВОБОДНОГО СМАТЫВАНИЯ
843
13.	Слоним А. 3., Сонии А. Л. Правка листового и сортового металла. М.: Металлургия, 1981. 232 с.
14.	Целиков А. И. Механизмы прокатных станов. М.: Машгиз, 1946. 272 с.
15.	Целиков А. И., Смирнов В. В. Прокатные станы. М.: Металлургиздат, 1958. 432 с.
16.	Fangmeier Ralf. Neure Entwicklungen beim Richten von St5ben und DrShten // Draht 32, 1981. № 9. S. 515 - 519.
17.	Lindemann W. Richtmaschine ffir Rundmaterial mit umlaufenden Ramen Ц Fach-berichte HQttenpraxis Metallweiterverarbeitung, 1984. Vol. 22. № 8. S. 738 - 740.
18.	Owen M. E. High precesion tube straightening cause and effect // Reprinted from Tube Internationale. Dezember, 1982. P. 8.
Глава 8.20
МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
Прокат небольшого сечения и большой длины (сортовые заготовки небольшого сечения, катанка, трубы, лента и полоса), изготовленный на сортовых, проволочных, трубных и полосовых станах, обычно сматывают в бунты и рулоны в горячем и холодном состояниях. Многообразие круглых и плоских сечений обрабатываемого проката привело к созданию моталок разных конструкций.
8.20.1.	ПРИНЦИПЫ СМАТЫВАНИЯ
Схемы сматывания. Различные по конструкции моталки работают по двум принципиальным схемам сматывания. Первая из них -свободное сматывание проката в бунт - основана на уравнении механики о векторном сложении скоростей:
(8.20.1)
где Ка и Ип - абсолютная и переносная скорости вращения соответственно радиуса бунта или радиусов барабана и водила моталки; Ио - относительная скорость движения проката.
По этой схеме работают моталки для сматывания сортовых заготовок небольшого сечения, катанки и труб малого сечения. Необходимое условие выполнения сматывания - подача металла в моталку клетью или подающими роликами.
Упорядоченное сматывание полосового проката в рулон -вторая схема работы моталок, основанная на уравнении Архимедовой спирали. Это уравнение в полярных координатах имеет вид:
/? = —<р,	(8.20.2)
где Я - радиус витка; h - расстояние между витками; ср - угол поворота радиуса.
Этот принцип сматывания используют в моталках для ленты и полос. Моталки работают с захватом переднего конца полосы и намоткой витков друг на друга.
Расчет момента при пластическом изгибе проката. Момент при пластической изгибе проката [7]
M = S<5s^	(8.20.3)
где М - в Н • м; S - пластический момент сопротивления сечения проката, м3; одэд -предел текучести металла при температуре сматывания, Па.
Для круга »з
5 = 1,7 ——,	(8.20.4)
32
где d - диаметр круга, м;
для проката прямоугольного сечения
ti.2
5 = -—,	(8.20.5)
где b и h - соответственно ширина и толщина полосы (ленты), м.
8.20.2.	МОТАЛКИ СВОБОДНОГО СМАТЫВАНИЯ
Коэффициент заполнения бунта (А^) -один из основных показателей, характеризующих моталку свободного сматывания. Его рассчитывают как отношение фактического объема проката в бунте (F) к кольцевому объему бунта (^б)> определяемому его предельными размерами - наружным (Д) и внутренним ( Д) диаметрами, а также высотой (Ну.
кз = V/ кб.
(8.20.6)
Для проката сплошного сечения
4G6 жг(^-Рв2)я’
(8.20.7)
где Gg - масса бунта, кг, у - плотность металла, кг/м3; Д, Д и Н - в м.
Коэффициент К3 зависит также и от способа укладки проката в барабан моталки. При диаметре прутка 8 - 28 мм и свободной укладке проката в барабан моталки для бунтов массой 600 - 1000 кг К3 - 0,08 - 0,42; при упорядоченной укладке проката для бунтов с массой 430 - 1000 кг и тех же диаметрах прутка К3 =
844
Глава 8.20. МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
= 0,2 - 0,7, т.е. коэффициент заполнения увеличивается [6].
Сортовые моталки работают по принципу, который определяется условием
Й,=йп=ко>
т.е. направления скоростей вращения барабана моталки и подачи металла в барабан совпадают (барабан вращается с бунтом). На этом принципе основаны конструкции всех сортовых моталок.
Сортовые моталки с верхним приводом. В мировой практике широко распространена конструкция, известная как моталка системы Гаррета. Такие моталки успешно эксплуатируют на ряде старых линейных станов. Это так называемые сортовые моталки с верхним приводом.
Сортовые моталки с нижним приводом повсеместно применяют на современных сортовых станах. В них сохранены все основные механизмы, которые использовались в моталках системы Гаррета, но расположение привода стало нижним. Моталка с нижним приводом сматывает в горячем состоянии круглый, квадратный и шестигранный
прокат размером 12 - 50 мм. Максимальная скорость сматывания на моталке достигает 20 м/с, масса бунта - до 3,5 т. Типовая конструкция моталки дана на рис. 8.20.1.
Основные механизмы сортовых моталок: сматывания 2, содержит барабан, приводимый во вращение электродвигателем через одноступенчатую коническую передачу;
выталкивания 2 бунта из барабана; привод этого механизма может быть либо электрическим через редуктор и систему рычагов, либо гидравлическим;
сталкивания 3 бунтов; возможны модификации с электрическим либо гидравлическим приводом;
подачи 4 металла в барабан; состоит из проводки с приводом от пневматического либо гидравлического цилиндра.
Расчет привода моталки состоит в определении момента М, являющегося суммой динамического (Л/цщ,) и статического (Мст) моментов, при этом основным показателем, определяющим выбор мощности электродвигателя, является динамический момент:
ЛЖ7
Рис. 8.20.1. Типовая сортовая моталка с нижним приводом
МОТАЛКИ СВОБОДНОГО СМАТЫВАНИЯ
845
М —	+ -А^ст, (8.20.8)
где Мст - момент, требующийся для пластического изгиба металла;
Мст = S
Работа моталок. Синхронизация вращения барабана моталки с клетью стана, выдающей прокат на моталку, осуществляется по тахометрической схеме.
Плотность смотанного бунта достигается изменением частоты вращения двигателя моталки в зависимости от длины сматываемого проката. Наиболее эффективен режим работы двигателя моталки, приведенный на рис. 8.20.2. При работе двигателя по этому режиму заполнение полости барабана бунтом осуществляется отдельными объемами (рис. 8.20.3).
Другой тип сортовых моталок работает по принципу намотки металла на вращающийся барабан или шпулю. Такие моталки применяют на некоторых сортовых станах для намотки круга в плотный бунт. В них бунт формируется по вертикали, начиная с внутреннего диаметра бунта. Указанная раскладка проводится задающей проводкой.
Рис. 8.20.2. Режим работы двигателя сортовой моталки:
1-6- частоты вращения двигателя моталки при заполнении прокатом отдельных объемов полости
Рис. 8.20.3. Заполнение прокатом барабана моталки:
1 - 6 - см. на рис. 8.20.2
Коэффициент в этом случае выше, так как наматывание проводят с натяжением проката. Остальные механизмы этих моталок идентичны общеизвестным конструкциям сортовых моталок, однако они не получили широкого применения ввиду нетоварного наружного вида бунта. Сравнительный анализ товарного вида бунтов показывает, что именно бунты, смотанные по схеме свободной укладки горизонтальными слоями (см. рис. 8.20.3), имеют правильную геометрическую форму, в отличие от бунтов, намотанных на моталку с вертикальной укладкой витков.
Проволочные моталки и виткообразовате-ли работают по принципу, определяемому условием (8.20.1)
+ Гп=-йо>
т.е. направления скоростей вращения водила и металла, выходящего из водила, противоположны. Поэтому образующиеся витки бунта не вращаются. Однако при сматывании металл перекручивается вдоль продольной оси на 360° в каждом витке. По этому принципу работают все проволочные моталки и виткообразовате-ли. В мировой практике эта конструкция известна как моталка системы Эденборна.
Проволочные моталки. Применение моталок. Следует особо отметить, что моталки системы Эденборна, созданные в конце прошлого века, успешно применяют на самых современных высокоскоростных проволочных станах. Так, на современных виткооб-разователях осуществляется сматывание катанки, движущейся со скоростью 120 м/с.
Проволочные моталки применяют для сматывания катанки диаметром 5,5 - 13 мм с максимальной скоростью до 45 м/с в бунты массой до 800 кг.
Основные механизмы современных проволочных моталок (рис. 8.20.4):
сматывания 7; механизм состоит из редуктора с цилиндрической либо конической одноступенчатой передачей и вертикальным валом, на конце которого устанавливают водило-трубку или конус для формирования витков катанки в бунт; вал выполняют водоохлаждаемым с пропуском охлаждающей жидкости по всей его длине;
выдвижения 2 пальцев, образующих пространство для формирования бунта; содержит электропривод и систему рычагов либо пневмогидропривод;
сталкивания 3 бунта; реечный, рамный или рычажный механизм может быть с электрическим либо гидравлическим приводом.
846
Глава 8.20. МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
Рис. 8.20.4. Проволочная моталка
Расчет привода моталки состоит в определении момента М (Н • м), являющегося суммой динамического и статического моментов:
Л/ = Л/ДИН + Л/СТ, (8.20.8) где Л/дин - динамический момент всех вращающихся деталей механизма сматывания, Н • м;
^ст^ст, +^ст2;	(8.20.9)
здесь - момент, необходимый для пластического изгиба металла, Н • м;
(8.20.10)
Mct2 - момент, требующийся для пластического скручивания металла вдоль продольной оси [1], Н • м;
<8-20П>
здесь d - рмзмегр прутка, м; - предел текучести сматываемого металла при кручении и температуре сматывания, Па;
(8.20.12)
Синхронизацию вращения водила моталки с валками клети стана, выдающими прокат на моталку, осуществляют по тахометрической схеме.
Коэффициент заполнения бунта в проволочных моталках достигает 0,3. Для увеличения плотности бунта привод механизма сматывания работает в режиме разгона и торможения (рис. 8.20.5).

Рис. 8.20.5. Режим работы двигателя проволочной моталки
МОТАЛКИ СВОБОДНОГО СМАТЫВАНИЯ
847
Виткообразователи. В связи с быстрым ростом скорости прокатки катанки, обусловленным установкой на станах проволочных блоков, вертикальную конструкцию моталки заменили на горизонтально установленный виткообразователь, что позволило решить две проблемы:
исключить радиусную проводку и связанные с ее применением потери на трение от центробежной силы, т.е. потери при переходе катанки из горизонтальной плоскости движения в вертикальную;
уменьшить вибрацию механизма сматывания.
Современные виткообразователи устанавливают под углом 10 - 15° к горизонтальной плоскости для лучшего схода витков на ленту конвейера. Диаметр катанки - 5,5 -13 мм, скорость - до 120 м/с. Типовая конструкция виткообразователя приведена на рис. 8.20.6.
Механизмы виткообразователя. Виткообразователь содержит одноступенчатый редуктор 3, обычно конический, с ускоряющей передачей, поэтому необходим электродвигатель мощностью до 150 кВт. В редукторе предусмотрен водоохлаждаемый полый вал, на одном из концов которого установлена трубка 7, формирующая витки катанки. Шнек 2 виткообразователя сбрасывает витки на движущуюся ленту конвейера.
Синхронизация работы виткообразователя с проволочным блоком осуществляется по тахометрической схеме.
Расчет привода виткообразователя выполняют так же, как и для проволочной моталки с определением динамического и статического моментов по формулам (8.20.8) и (8.20.9).
Подающие ролики. Все сортовые и проволочные моталки, а также виткообразователи, т.е. все машины для свободного сматывания горячего металла, работают только при принудительной подаче в них металла. Для этой цели в линии проводковой системы непосредственно перед моталками устанавливают подающие ролики (рис. 8.20.7). Ролики расположены консольно; один из них, в основном верхний, может перемещаться в вертикальной плоскости. Ролик подпружинен с целью смягчения ударной нагрузки, возникающей при заходе переднего конца проката. Имеются также конструкции подающих роликов с установкой пневматического цилиндра для поднятия верхнего ролика перед входом проката в ролики.
Конструкции подающих роликов многообразные, но во всех приводными являются оба ролика, которые приводятся либо через шестеренную клеть и редуктор, либо непосредственно от индивидуальных двигателей.
Применяют также конструкции подающих роликов, в которых возможен разворот роликов относительно калибра в вертикальной плоскости, что создает вращающий момент относительно оси проката для лучшего прохождения металла через трубку, формообразующие витки бунта.
Синхронизация вращения роликов с клетью стана осуществляется тахометрической связью.
Настройка подающих роликов по скорости подачи проката проводится с превышением скорости прокатки на 5 - 10 %, т.е. создается определенное натяжение проката. При этом для сохранения поперечного сечения горячего металла в пределах размеров, допускаемых нормами, удельное натяжение горячего металла не должно превышать 20 % предела текучести при данной температуре [8].
Рис. 8.20.6. Виткообразователь
848
Глава 8.20. МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
Рис. 8.20.7. Подающие ролики типовой конструкции:
7 и 2 - ролики соответственно подвижный и неподвижный; 3 - шестеренная клеть; 4 - амортизатор
Комбинированные моталки состоят из двух моталок систем Эденборна и Гаррета, устанавливаемых друг над другом (рис. 8.20.8). Сматывание круга диаметром 5,5 - 12 мм в неподвижный бунт проводят на верхнем механизме 1 сматывания, сматывание круга диаметром 14 - 24 мм или профиля некруглого
сечения
на нижнем механизме 2 при вращающемся бунте. Механизм выталкивания 3 и сталкивания 4 бунтов - общепринятой конструкции.
Моталки применяют, в основном, для сматывания проката из легированных сталей. Их устанавливают на мелкосортно-проволочных станах.

Рис. 8.20.8. Комбинированная моталка
ПОЛОСОВЫЕ МОТАЛКИ
849
Рис. 8.20.9. Типовая моталка для сматывания прутков и труб в холодном состоянии. Механизмы моталки: 1 - подающих и гибочных роликов; 2 - сматывания
Моталки для сматывания прутков и труб в холодном состоянии (рис. 8.20.9) отличаются от моталок для горячего сматывания сорта и катанки наличием в них узла гибочных роликов, которые формируют витки бунта. Для этого на моталке устанавливают гибочный механизм, состоящий из трех роликов. Для изменения диаметра формируемого бунта, с целью его уплотнения средний ролик по определенной программе меняет свое положение относительно двух других роликов. Движение среднего ролика осуществляется от гидравлического цилиндра либо электродвигателя. Перед гибочными роликами устанавливают подающие ролики.
Приводом гибочных и подающих роликов является либо двигатель постоянного тока и редуктор, либо высокомоментный низко-оборотный гидромотор.
Характеристика моталок. Диаметр сматываемых прутков или труб 5-14 мм, диаметр образующихся витков 750 - 1000 мм. Масса бунтов до 80 кг. Сматывание проводится в вертикальной или горизонтальной плоскости.
Момент привода рассчитывают по формуле (8.20.3).
8.20.3.	ПОЛОСОВЫЕ МОТАЛКИ
Полосовые моталки применяют для свертывания полос в горячем и холодном состояниях в рулон, формируемый с помощью спе
циальных роликов и барабанов. Моталки этого типа получили широкое применение на штрипсовых, полосовых и листовых станах для свертывания полос из черных и цветных металлов.
По конструкции полосовые моталки подразделяют на трехроликовые (свертывающие машины), многороликовые и ролико-барабанные.
Трехроликовые моталки применяют как для горячего, так и холодного свертывания полос толщиной до 25 мм; многороликовые и роликобарабанные моталки для свертывания горячих полос толщиной до 8 мм.
Основное преимущество роликовых моталок, по сравнению с моталками барабанного типа, состоит в том, что скорость вращения роликов формующих рулон, остается постоянной, т.е. соответствует скорости поступления полосы в моталку и не зависит от диаметра рулона. На непрерывных станах устанавливают, в основном, две полосовые роликовые моталки, в которых свертывание полос выполняется поочередно.
Конструкция моталок. Трехроликовые ' моталки (свертывающие машины) (рис. 8.20.10) состоят из одной или нескольких пар подающих роликов 7 (в зависимости от толщины полосы), используемых для ввода свертываемой полосы в моталку, трех гибочных роликов 2 и двух опорных роликов 3, на которых формируется рулон. Эти ролики являются приводными.
850
Глава 8.20. МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
Рис. 8.20.10. Трехроликовая полосовая моталка
Основные гибочные ролики располагают таким образом, чтобы движущаяся между ними полоса подвергалась пластическому изгибу, при котором радиус кривизны примерно равен внутреннему радиусу рулона. Вследствие этого полоса при выходе идет вверх.
Для направления полосы при образовании первого витка служат боковые стационарные неприводные ролики, располагающиеся по кромке полосы на специальных стойках.
В современных трехроликовых моталках последний по ходу полосы гибочный ролик, по мере роста диаметра рулона, опускается вниз под действием электрического или гидравлического привода, обеспечивая постепенное увеличение радиуса гибки полосы.
Этапы процесса сматывания. Процесс сматывания полосы в рулон на трехроликовой моталке можно разбить на шесть этапов.
Первый этап - захват переднего конца полосы подающими роликами и подача его в гибочные ролики вплоть до упора полосы в конечный гибочный ролик.
Второй этап - начало гибки переднего конца полосы в пределах упруго-пластической деформации металла на определенный радиус с учетом увеличения этого радиуса за счет упругих внутренних сил полосы после выхода ее из гибочных роликов.
Третий этап - выход переднего сформированного на определенный радиус загиба переднего конца полосы и увеличение этого радиуса внутренними упругими силами поло
сы до размера, равного внутреннему радиусу рулона.
Четвертый этап - упор переднего загнутого конца полосы в первый опорный ролик и начало разгибания полосы в пределах упругой деформации с подачей переднего конца полосы на второй опорный ролик.
Пятый этап - образование рулона на опорных роликах с формированием внутреннего радиуса рулона до размера, полученного после третьего этапа.
Шестой этап - выход заднего конца полосы из гибочных роликов и формирование его на рулоне.
Расчет процесса. При свертывании полосы в рулон в ней возникает пластическая деформация. Требуемый для этого изгиба момент (Н • м) определяют по уравнению
M = kWas№	(8.20.13)
где к - коэффициент профиля; для плоской прямоугольной полосы к = 1,5; W - момент сопротивления сечения полосы упругому изгибу, м3; оду/] - предел текучести металла при температуре свертывания полосы, Па.
Требуемую для пластического изгиба мощность (кВт) находят по формуле 10001?
(8.20.14)
где v - скорость движения полосы, м/с; R -радиус рулона, м.
ПОЛОСОВЫЕ МОТАЛКИ
851
Многороликовые моталки. Для свертывания в рулон массой до 4 т горячей полосы толщиной 2-8, шириной 116 - 400 мм после ее прокатки со скоростью 7-21 м/с применяют многороликовые моталки. Сворачиваемая полоса (так называемый штрипс) является заготовкой для трубосварочных станов.
Процесс свертывания в этой моталке достигается постоянным изгибом полосы последовательно расположенными по окружности рулона роликами. По мере сворачивания полосы в рулон и его увеличения в диаметре ролики раздвигаются.
Конструкция моталки (рис. 8.20.11). Моталку располагают непосредственно над выходным рольгангом. Она состоит из двух подающих приводных роликов и роликов, расположенных по окружности.
Нижние ролики, на которых формируется рулон, должны быть обязательно приводными, у остальных роликов привод отсутствует. Их устанавливают на качающихся створках, благодаря чему появляется возможность раздвинуть неприводные гибочные ролики по мере увеличения диаметра рулона. Створки раздвигаются непосредственно самим рулоном, при этом их уравновешивание осуществляется либо пружинами, либо противовесами. Применяют для этой цели также пневмоцилиндры. Рулоны из таких моталок удаляют, в основном, краном с помощью скобы.
Выбор мощности привода для моталки сводится к выбору мощности привода для подающих роликов, осуществляющих по-
Рис. 8.20.11. Многороликовая полосовая моталка Ролики: 7 - подающе-гибочные; 2 - формующие;
3 - опорные; 4 - качающиеся створки
дачу полосы в моталку для образования витков рулона. Требуемый для этого изгиба момент определяют по формуле (8.20.13), мощность -по формуле (8.20.14).
Роликобарабанная моталка (рис. 8.20.12), по сравнению с описанными ранее моталками, является наиболее сложной по конструкции, так как в ней сочетаются, по существу, многороликовая моталка и моталка барабанного типа. Моталка предназначена для сматывания со скоростью до 15 м/с широких (до 2300 мм) полос толщиной до 8 мм с массой рулона до 25 т. Весь цикл работ в моталке выполняется в автоматическом режиме.
При намотке полосы на барабан расположенные вокруг барабана направляющие приводные ролики автоматически разводятся. По окончании намотки рулона барабан моталки, благодаря подвижным створкам, уменьшается в диаметре, а направляющие ролики освобождают рулон по его наружному диаметру. После этого рулон удаляется из моталки в осевом направлении специальным толкателем и устанавливается на тележке с подъемным столом. Тележка переносит рулон на кантователь, поворачивающий рулон на 90° и укладывающий его на транспортирующий конвейер. Приводы всех механизмов в основном пневматические и гидравлические.
Расчет мощности привода барабана моталки выполняют по формуле 8.20.14.
Намоточно-натяжные моталки. Принципиальное отличие этих моталок от других намоточных машин - одновременное выполнение наматывания рулона и натяжения полосы между моталкой и клетью прокатного стана. Такое натяжение улучшает состояние поверхности прокатываемой полосы и обеспечивает получение плотных рулонов.
На реверсивных станах для холодной прокатки полос натяжные моталки устанавливают с обеих сторон стана для создания переднего и заднего натяжений полосы с целью уменьшения давления проката на валки.
Конструктивные особенности моталок. Намоточно-натяжные моталки по конструкции барабана можно подразделить на моталки с механическим зажимом конца полосы в барабане и моталки без какого-либо зажима на барабане.
Конструктивные особенности барабана этих моталок состоят в том, что для снятия рулона с барабана моталки в барабане предусматривают механизм уменьшения его диаметра. Натяжение полосы в начале наматывания в намоточно-натяжных барабанах осуществляется механизмом зажатия переднего конца полосы. Привод для этого механизма может быть либо гидравлическим, либо пневматическим.
852
Глава 8.20. МАШИНЫ ДЛЯ СМАТЫВАНИЯ (МОТАЛКИ)
Рис. 8.20.12. Роликобарабанная полосовая моталка:
1 - подающие ролики; 2 - стрелка; 3 - направляющая проводка; 4 - барабан
В барабанах без зажатия переднего конца полосы захват полосы осуществляется захле-стывателем, и натяжение создается силами трения двух - трех витков полосы, намотанных на барабане с его помощью.
Моталка современного высокоскоростного стана холодной прокатки конструкции ПО "Уралмаш" представлена на рис. 8.20.13. С целью уменьшения маховых моментов и мощности электродвигателя моталка выполнена безредукгорной с непосредственным приводом от электродвигателя несущего вала 1 при помощи вал-гильзы 2, соединенного с ним направляющей шпонкой 3. Барабан 4 консольный (с концевым подшипником 5 для дополнительной отводной опоры), сведение и разведение сегментов которого обеспечивается клиновыми направляющими. Осевое перемещение вала 1 барабана 4 осуществляется плунжерами 6 гидроцилиндров 7 и возвратными пружинами 8. Для перемещения вала 1 влево (сжатие клинового барабана) плунжеры 6 нажимают на упорный диск 9; последний перемещает диск 10 и внутреннюю чеку 11 вала /,
проходящую через отверстие в гильзе 2; при этом пружины 8 сжимаются. Обратное перемещение вала 1 (разжатие клинового барабана перед началом смотки) осуществляется (при уменьшении давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах 6) при разжатии пружин 8. Приводной вал-гильза 2 смонтирован в подшипниках скольжения 12 в корпусе 13.
Моталка предназначена для сматывания тонкой полосы (0,5 - 2 мм) шириной до 1550 мм при скорости до 25 м/с, масса рулона 45 т.
Основная особенность привода состоит в том, что при постоянной скорости прокатки частота вращения барабана при наматывании должна уменьшаться, а при сматывании - увеличиваться. Но при этом сила натяжения должна оставаться постоянной в течение всего процесса наматывания. Для этой цели используют регулируемый электропривод.
Расчет моталок. В станах холодной прокатки полосы с целью обеспечения процесса прокатки с постоянным натяжением Т скорость vM полосы, растянутой силой Т
ПОЛОСОВЫЕ МОТАЛКИ
853
Рис. 8.20.13. Намоточно-натяжная полосовая моталка с безредукторным приводом
натяжения, должна равняться скорости Vi полосы, выходящей из стана. Скорость Vj зависит от окружной скорости v валков и опережения s [4], т.е.
vM = Vi = (l +5)v.	(8.20.15)
Коэффициент опережения s зависит от условий пластической деформации металла между валками, обжатия и переднего натяжения. Диаграмма зависимости коэффициента опережения 5 от обжатия ДА и переднего натяжения ст дана в работе [3].
Полоса толщиной h наматывается на барабан моталки радиусом R§ по Архимедовой спирали, полярное уравнение которой
R = R6 + — ср,	(8.20.16)
2тс
где R и Rq - радиусы соответственно текущий рулона и барабана моталки, м; h - толщина полосы, м; ср - угол поворота барабана, рад.
Полную длину намотанной на барабан полосы определяют по уравнению
_	_ А 7
£ = Абср + — ср .
4л
(8.20.17)
Дифференцируя это уравнение по времени, определяют либо частоту вращения моталки (мин*1) в зависимости от скорости v прокатки и угла <р поворота барабана
OU II -Г 5IV	,	ч
П = ---------т - ф) >
2л7?б + Аср	'	'
(8.20.18)
либо угловую скорость (рад/с)
2л(1 + s) v 2kRq + Аср
(8.20.19)
При установившемся режиме прокатки с постоянной скоростью vy, если принять за начало отсчета времени конец разгона барабана моталки, зависимость частоты вращения барабана л, мин*1 от времени t можно выразить уравнением
30(1 + 5)vv
п = -^====±==	(8.20.20)
^n2Ry + nhv y(l + s)t
либо зависимость от времени угловой скорости барабана
(1 + 5)vy
со = - . -		-- у 	(8.20.21)
JRy + ~^vy(l + s)(
где со - в рад/с; Ry - радиус рулона в конце периода разгона барабана, м.
Режим снижения скорости, при котором натяжение Т полосы будет сохранять при прокатке постоянное значение, выполняется электрической схемой управления двигателем моталки.
Статический момент наматывания (Н • м) определяют по уравнению
Мл = ctj- + vFR, (8.20.22) где S - пластический момент сопротивления полосы, м3; S = АА2 / 4 (здесь b и А - соответственно ширина и толщина полосы, м);	-
предел текучести наматываемого металла, Па; ст - напряжение в наматываемом металле от натяжения, Па; F - площадь поперечного сечения полосы, м2; R - наружный радиус рулона на моталке, м.
При холодной прокатке значение ст зависит от толщины прокатываемого металла. При прокатке полосы толщиной 2 - 4 мм ст = (0,1 -
854
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
0,2)ау, при прокатке ленты толщиной 0,3 -1,0 мм а = (0,5 - 0,8)с\у.
Мощность привода (кВт) определяют из уравнения
1000т] ’
где со - угловая скорость барабана моталки, с*1; т] - КПД привода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Дрозд В. Г., Меренков А. И. Сортовые прокатные станы. М.: Металлургия, 1967. С. 177.
2.	Инженерные сообщения компании "Кобе стил”: Пер. с англ. 1987. Т. 37. № 1. С. 67 - 70.
3.	Ирошников А. Н. О скорости электропривода моталок при холодной прокатке // Вестник электропромышленности, 1947. № 8.
4.	Машиностроение: Энциклопедический справочник. Т. 8. Конструирование машин. М.: ГНТИ Машлитература, 1949. С. 1011 -1012.
5.	Мошнин Е. Н. Гибка и правка на ротационных машинах. М.: Машиностроение, 1967. С. 40.
6.	Проволока: Пер. с нем. Кобург, 1968. Т. 19. № 11. С. 11, 12.
7.	Целиков А. И. Механизмы прокатных станов. М.: Машгиз, 1946.
8.	Чекмарев А. П. Прокатка на мелкосортных станах. М.: Металлургия, 1987. С. 94.
9.	Черная металлургия: Пер с нем. 1980. 109. № 6. С. 11 - 12.
Глава 8.21
ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
8.21.1.	ОДНОПОЗИЦИОННЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Общие сведения. В связи с непрерывным повышением требований к нагрузочной способности зубчатых передач все большее распространение получает процесс горячей прокатки зубчатых профилей, так как долговечность прокатаных зубьев выше, чем фрезерованных. Например, в результате применения прокатаных зубчатых колес в бортовом редукторе трактора, выпускаемого Челябинским тракторным заводом, увеличилась нагрузочная способность редуктора, а следовательно, - и тяговая сила трактора.
Процесс горячей прокатки зубьев применяли, в основном, при изготовлении зубчатых колес с модулем более 6 мм. Точность таких колес довольно низкая, а припуски на последующее чистовое зубофрезерование по контуру
зуба большие - (0,2 - 0,3)т. В легковом автомобилестроении и машиностроении к зубчатым колесам с модулем т = 1,5 - 5 мм предъявляются более жесткие требования к точности прокатки и припуску под финишную обработку. Для этих колес во ВНИИМЕТМАШе разработан технологический процесс горячей прокатки предварительно обработанных резанием цилиндрических заготовок зубчатых колес с припуском (0,05 - 0,07)ти по профилю зуба под последующее зубошлифование. Разработаны методики расчета инструмента для прокатки, заготовки под прокатку, параметров шлифовального инструмента для обработки на зубошлифовальном станке типа 5А841.
Конструкция стана горячей прокатки зубчатых колес. Для осуществления процесса горячей прокатки зубчатых колес С требуемыми припусками создан однопозиционный стан ЗПС-120М. Стан состоит из специализированного 2-валкового формующего устройства однопостовой индукционной нагревательной установки для нагрева заготовки в стане и оборотной системы водоснабжения.
Техническая характеристика однопозиционного стана ЗПС-120М
Диаметр прокатываемых зубчатых
колес, мм: наибольший..................... 300
наименьший............... 60
Ширина прокатываемых зубчатых колес,	наибольшая, мм............... 50
Произведение ширины зубчатого венца	на модуль, наибольшее, мм2 ..	120
Наибольший модуль прокатываемых зубчатых колес, мм................... 5
Ход подвижного суппорта, мм....	150
Скорость подвижного суппорта, мм/с:
при ускоренном перемеще-
нии ..................... 30 - 40
при рабочих подачах......	1-8
Межцентровое расстояние между осями зубчатых валков, мм: наименьшее..................... 390
наибольшее............... 760
Диаметр комплекта валков, мм наибольший................ 360
наименьший............... 280
Сила, развиваемая гидроцилиндром подвижного суппорта при прокатке, наибольшая, кН................. 200
Сила зажима заготовки, наибольшая, кН......................... 20
Вращающий момент на одном зубчатом валке, Н • м............. 2000
Частота вращения валков, мин-1.	35^55
Мощность электродвигателей, установленных на стане, кВт......... 55
ОДНОПОЗИЦИОННЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС
855
Мощность высокочастотного преобразователя для нагрева заготовок, кВт.............................. 250
Производительность стана, пгг./ч ....	60-95
Масса стана без высокочастотного преобразователя, т................ 14
Схема прокатки заготовок с зубьями на 2-валковом стане (рис. 8.21.1) осуществляется двумя приводными зубчатыми валками 7, с торцев которых установлены ограничительные реборды 2. Заготовку 3 устанавливают на нижнюю неприводную оправку 4, зажимают верхней приводной оправкой 5. Кольцевой индуктор поднимают в зону заготовки и осуществляют ее нагрев до определенной температуры на требуемую глубину. Затем
индуктор опускают и при радиальном перемещении подвижного валка проводят прокатку зубьев на нагретой цилиндрической части заготовки.
После прокатки заготовку выгружают из стана. Прокатка осуществляется в одной позиции стана, без перемещения заготовки в осевом направлении.
Специализированный 2-вал-ковый стан (рис. 8.21.2) состоит из станины 7 с разновысокими направляющими, нажимного механизма 2, подвижного суппорта 3 с закрепленным на нем узлом валка 4, неподвижным суппортом 5 с узлом валка 6. Между валками расположена центральная рамка 7 с узлом базирования и зажима заготовки.
Рис. 8.21.1. Схема 2-валковой прокатки заготовок с зубьями
Рис. 8.21.2. Специализированный 2-валковый стан, входящий в состав стана ЗПС-120М
856
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Узел стана для базирования заготовки выполнен неподвижным в осевом направлении, что позволяет повысить точность и жесткость базировании заготовки, и тем самым точность прокатываемых зубчатых колес. Заготовку устанавливают на нижнюю оправку точно по калибру зубчатых валков.
Зубчатые валки. Один из зубчатых валков стана подвижен в радиальном направлении. Для обеспечения одновременного касания зубчатых валков заготовки, центральная рамка, на которой установлена заготовка, также перемещается в радиальном направлении. Скорость перемещения рамки v / 2 (V - скорость перемещения подвижного валка), что достигается соединением подвижного суппорта с центральной рамкой с помощью механизма синхронизации, выполненного в виде зубчатореечной передачи. Одна рейка закреплена на подвижном суппорте, вторая на станине, а зубчатое колесо - на центральной рамке. Для осуществления равномерного без перекосов перемещения центральной рамки установлено два механизма синхронизации.
Приводы. Привод зубчатых валков осуществляется через червячную передачу от электродвигателя переменного тока. При прокатке зубчатых колес с припуском под финишную обработку очень важно иметь одинаковые зазоры в приводе обоих валков. Поэтому червяк выполнен с переменной толщиной витков для регулирования зазора в передаче.
Для осуществления угловой настройки зубчатых валков в приводе одного из них установлена муфта угловой настройки, которая позволяет поворачивать один из валков, а второй валок при этом остается неподвижным.
Кольцевой индуктор, применяемый для нагрева заготовок, имеет два положения: нижнее (вне зоны комплекта валков) и верхнее (в зоне заготовки). Узел индуктора с трансформатором установлен на задней стенке станины на направляющих с возможностью перемещения в горизонтальном и вертикальном направлениях. Для точной установки кольцевого индуктора по оси заготовки, а также по отношению к торцам заготовки в вертикальном направлении применяют винтовые механизмы регулирования.
Настройка стана на размер прокатываемого колеса осуществляется винтовым механизмом перемещения подвижного суппорта, приводная гайка которого размещена в подвижном суппорте и через червячный привод связана с электродвигателем. Винт связан со штоком главного нажимного гидроцилиндра.
Корректирование межцентрового расстояния осуществляют вручную после замеров прокатанного зубчатого колеса.
Последовательность работы механизмов стана следующая. Заготовку устанавливают на нижнюю оправку, происходит ее зажим верхней вращающейся оправкой, после чего поднимается индуктор и происходит нагрев заготовки. Индуктор опускается, подвижный валок и центральная рамка с заготовкой ускоренно подводятся до зазора между вершинами зубьев валков и заготовкой 0,3 - 0,5 мм. Затем осуществляется перевод скорости перемещения подвижного суппорта на первую рабочую подачу. Одновременно начинается подача на валки технологической смазки.
После внедрения зубьев валков в заготовку на величину, примерно равную 2т / 3 (мм), скорость перемещения подвижного суппорта переключается на вторую рабочую подачу. Перемещение подвижного суппорта, а вместе с ним валка и центральной рамки с заготовкой, происходит на этой скорости до жесткого упора, определяющего конечное межцентровое расстояние между валком и заготовкой.
Отключается подача технологической смазки. При жестком упоре осуществляется калибрование сформованных зубьев заготовки. Затем подвижный суппорт ускоренно отводят в исходное положение. Включают воду для охлаждения зубчатых валков и ограничительных реборд, осуществляют отжим заготовки. Прокатаную заготовку выгружают из стана.
Точность прокятаных зубчатых колес. Прокатка на стане зубчатых колес с модулем т = 2,25 мм, числом зубьев z - 68 и шириной зубчатого- венца 28 мм занимает 35 с. Припуск финишной обработки составляет 0,15 - 0,2 мм на профиль зуба. Колебание длины общей нормали для зубчатых колес с модулем 2 -4,5 мм, а также радиальные биения зубчатого венца не превышают 0,15 мм.
При прокатке используют обработанную резанием заготовку. Допуски наружного диаметра такой заготовки и ширины венца не должны превышать 0,1 мм, радиальные и торцевые биения 0,05 мм. Посадочное отверстие должно быть выполнено с полем допуска Н7.
8.21.2.	ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Общие сведения. На станах, как правило, в качестве заготовки применяют необработанную штампованную заготовку и прокатывают ее в две позиции: сначала формируют гладкими валками вогнутую поверхность наружного диаметра, а затем накатывают на ней зубья, переместив предварительно заготовку на позицию зубчатых валков.
Станы предназначены для изготовления крупномодульных зубчатых колес (табл. 8.21.1).
ДВУХПОЗИЦИОННЫЕ СТАНЫ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ КОЛЕС
857
8.21.1. Технические характеристики двухпозиционных зубопрокатных станов
Параметр	Стан		
	ЗПС-350-3	ЗПС-800	ЗПС-1250М
Прокатываемое колесо (размеры, мм): диаметр (по вершинам зубьев)	80 - 300	100 - 550	500 - 1000
ширина	До 70	До 100	До 145
модуль	.. 7	" 11	" 12
Диаметр валков по ребордам, мм	410	540	870
Сила, развиваемая гидроцилиндром подвижного суппорта, наибольшая, кН при обкатке	500	1000	1500
при прокатке	270	600	1100
Вращающий момент на валке, кН • м	5	12	30
Частота вращения валков, мин*1	20	12; 25	1 - 12
Сила зажима заготовки, кН	75	200	200
Суммарная мощность электродвигателей, кВт	60	137	223
Индукционный нагрев заготовок: частота тока, Гц	4000	4000	2500
установленная мощность преобразователей, кВт	250	500	1500
Расход воды на охлаждение валков и оснастки, м3/ч	1,8	До 8	
Расход воды на охлаждение нагревательной установки, м3/ч	20	25	30
Производительность, шт./ч	25 - 40	30	20
Габаритные размеры стана, мм: длина	10 100	8500	11 000
ширина	7240	8000	10 250
высота	3230	3900	3800
Масса стана, т	23	65	100
Конструкция стана. Принципиальные конструктивные схемы всех двухпозиционных станов примерно одинаковы. Наиболее распространен в промышленности стан ЗПС-350-3 (рис. 8.21.3), разработанный ВНИИМЕМАШем. В состав оборудования стана входят рабочая клеть 1 (собственно стан ЗПС-350), гидропривод 2, станции 3 и 4 соответственно технологической и густой смазки, конденсаторная батарея 5, шкаф 6 управления элекгронагревом, бак 7 с насосами системы водяного охлаждения инструмента и оснастки стана, шкаф 8 управления станом и пульт управления 9.
Работа оборудования стана осуществляется по следующей кинематической схеме (рис. 8.21.4).
fdfoo
Рис. 8.21.3. Планировка оборудования стана ЗПС-350-3
858
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.21.4. Кинематическая схема зубопрокатного стана ЗПС-350-3
На сварной станине смонтированы нажимной механизм 1 и гидроцилиндры 2 и 3 соответственно обкатки и прокатки. Межцентровое расстояние при прокатке регулируется упором 4 и гайкой 6 суппорта 5.
В суппорте установлен комплект 8 инструмента, включающий гладкие валки для обкатки штампованной заготовки и зубчатые валки для прокатки зубьев. Второй комплект 13 валков размещен в бабке 14. Привод вращения валков осуществляется от электродвигателя 17 через раздаточный редуктор 15 и червячные редукторы 21 и 22. Угловое положение
левого и правого зубчатых валков устанавливается с помощью муфты 16 угловой настройки.
По середине между суппортом и бабкой на станине смонтирована центральная рамка 9 с гидроцилиндром 10 зажима заготовки 19. Суппорт й рамка связаны реечным зацеплением 7, обеспечивающим перемещение рамки со скоростью, равной половине скорости перемещения суппорта.
Привод вращения заготовки осуществляется от валка 13 через карданный вал, зубчатофрикционную муфту 12 и гитару сменных шестерен 11.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЗВЕЗДОЧЕК ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
859
На центральной рамке установлен трансформатор 20 с индуктором 23 для подогрева заготовки.
Гидроцилиндр 18 перемещает заготовку вместе с индуктором.
Помимо оборудования, приведенного на рис. 8.21.3, на стане могут был» предусмотрены устройства для его автоматической работы - накопитель заготовок, установка нагрева заготовок вне стана и манипулятор с двумя руками, обеспечивающими загрузку и выгрузку заготовок со стана.
Автоматический режим стана. В этом режиме стан работает следующим образом. Штампованные заготовки с помощью консольного крана с захватным устройством укладываются в накопитель, из которого они периодически по одной подаются в установку нагрева с кольцевым индуктором. После нагрева заготовки под индуктор вводится одна из рук манипулятора, на ухват которой опускается из индуктора заготовка. Манипулятор перемещает заготовку в центральную рамку, где она зажимается. В процессе подогрева секторным индуктором включается гидроцилиндр обкатки, и заготовка обкатывается гладкими валками для получения требуемой формы наружной поверхности.
Затем валки разводятся, гидроцилиндр перемещает заготовку вместе с индуктором в верхнее положение, включается гидроцилиндр подачи зубчатых валков и на заготовке прокатываются зубья. После этого валки разводятся, заготовка освобождается и одной из рук манипулятора снимается со стана и укладывается на стол выгрузки. В это же время другая рука загружает следующую горячую заготовку в стан.
Смазочные материалы. На стане применяют следующие смазки: турбинное масло 22 (ГОСТ 32-74), индустриальное масло И-20А (ГОСТ 20799-88), густой УНИОЛ-2 (ГОСТ 23510-79).
Станы ЗПС-800 и ЗПС-1250 отличаются от стана ЗПС-350 конструкцией узлов механизации и габаритными размерами.
Выбор оборудования двухпозиционных станов проводят так же, как и однопозиционных станов. Необходимо, чтобы произведение модуля прокатываемых зубьев на их длину (ширину зубчатого венца) не превышало числа, указанного в условном обозначении стана. Например, на стане ЗПС-800 можно прокатать колесо шириной до 100 мм и с модулем до 8 мм или шириной до 80 мм и с модулем до 10 мм.
Подсчитать силу прокатки можно по формуле
Р = 1,87рср b т е,
где Р - в Н; рср - средняя удельная сила, Н/мм2; при прокатке конструкционных сталей
при температуре начала деформации 1150 -1200 °C можно принять рср = 300 Н/мм2; b -ширина зубчатого венца, мм; т - модуль зубьев, мм; е - коэффициент перекрытия.
Вращающий момент на валке определяют с использованием выражения
Л/Вр = 1,42рср b т2 z2^~-zK,
где Мър - вращающий момент, Н * мм; рср -средняя удельная сила прокатки, Н; и - передаточное отношение; и =	(Z& и -
число зубьев соответственно прокатываемого колеса и валка).
Зная силу и момент прокатки и используя техническую характеристику станов, можно более точно выбрать модель стана.
Преимущества зубопрокатных станов. Применение операции прокатки зубьев взамен чернового фрезерования позволяет экономить 15 - 20 % металла от массы заготовки, в 5 -10 раз повысить производительность черновой обработки зубьев и на 20 - 30 % увеличить их долговечность.
8.21.3.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ЗВЕЗДОЧЕК ЦЕПНЫХ ПЕРЕДАЧ
Общие сведения. Горячая прокатка зубчатых венцов звездочек получила распространение на многих заводах сельскохозяйственного машиностроения. Прокатанные венцы имеют 1 - 2-ю степень точности по ГОСТ 592-81 и не требуют последующей обработки резанием. Высокопроизводительный процесс успешно заменяет операции токарной обработки обода заготовок и зубофрезерование. Для зубчатых венцов используют значительно более тонкие заготовки, вырубленные из листа, так как при накатывании венец уширяется до заданной толщины. В результате экономится до 30 % металла изделий, в несколько раз повышается производительность труда станочников, до 30 % снижается себестоимость изготовления звездочек. Появляется возможность использовать зубонакатной инструмент, изготовленный из недефицитных марок сталей типа 7X3.
Звездочки цепных передач прокатывают на станах двух типов - ЗПС и СНЗ.
Станы ЗПС конструкции ВНИИМЕТ-МАШа предназначены для прокатки венцов цилиндрических зубчатых колес, и, в том числе, - звездочек цепных передач. Эксплуатируют станы различной мощности - от мод. ЗПС-120 до мод. ЗПС-1250М.
Силовые характеристики процесса применительно к однорядным звездочкам могут быть выражены в зависимости от длины Ь\ зуба и шага t зубьев.
Наибольшая радиальная сила, действующая на зубонакатный валок,
860
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Р«0,001/>1 //>ср, где Р ~ в кН; рср - средняя удельная сила, действующая на валок в конце накатывания заготовки из стали 45 с минимально допустимой ц температурой обода 800 °C; р^ « 300 -у.
мм2
Наибольший вращающий момент на валке
Мвр « (0,5 + Aj z) Р t (1 + w), где AfBp - в H • м; Aj - коэффициент учета трения на контактных поверхностях валка; при смазывании валков суспензией серебристого графита в машинном масле С « 0,002; и -передаточное число в паре звездочка-валок; и = Z& / Z(Za* Z - числа зубьев соответственно валка и звездочки).
Например, для звездочки с шагом 25,4 мм, длиной зуба 14,6 мм и числом зубьев 40, накатываемой двумя валками, имеющими по 36 зубьев, наибольшая радиальная сила
Р» 0,001 • 14,6 • 25,4 • 300 = 111 кН;
вращающий момент
«(0,5 + 0,002-40)- 111-25,4 ♦ (1 + ~) = = 3100 Н • м.
Область применения. Для прокатки массивных звездочек применяют автоматизированный стан ЗПС-250, снабженный шиберным загрузчиком, рассчитанным на подачу плоских дисков из стопки заготовок. Заготовки со ступицей прокатывают в полуавтоматическом режиме работы стана, т.е. при загрузке заготовок в стан вручную.
Однорядные звездочки с такими же размерами, а также двухрядные с шагом
15,875 мм прокатывают на станах ЗПС-350-1М. В отличие от прокатки однорядных звездочек прокатка двухрядных ведется не в один, а в два формующих перехода. Нагретый в индукторе обод заготовки обкатывается двумя гладкими профильными валками с делением на два венца, а затем, после индукционного подогрева, на обоих венцах одновременно накатываются зубья.
Прокатка двухрядных звездочек с шагом 15,875 мм возможна и на станах ЗПС-250, но в две отдельные операции.
Станы СНЗ - СНЗ-ЗМ - другой распространенный тип зубопрокатного оборудования. Для этих станов характерна кинематическая схема стана СНЗ-1 (рис. 8.21.5). Так же, как и на станах ЗПС, накатывание заготовки 3 ведется двумя зубчатыми валками 2 и 7, но радиальное перемещение по станине стана имеет не один, а оба суппорта, несущие валки. Синхронность перемещения суппортов относительно накатываемой заготовки осуществляется гидроцилиндрами, встроенными в суппорты 1 и 8. В остальном кинематика стана СНЗ-1 сходна с кинематикой ЗПС-250.
В станах СНЗ-2М и СНЗ-ЗМ так же, как и на станах ЗПС-350-1М, индукционный нагрев заготовок вынесен для увеличения производительности оборудования на загрузчик. Заготовка, нагретая на загрузчике до температуры прокатки, передается шибером в стан, поднимается оправкой 4 центрального шпинделя 5 по упора на уровне валков, накатывается валками 2 и 7, опускается центральным шпинделем на съемник 6 и сбрасывается со стана следующим ходом шибера.
Технические характеристики станов СНЗ-2М, ЗПС-250, ЗПС-350-1М приведены в табл. 8.21.2. Стан СНЗ-ЗМ отличается от СНЗ-2М в основном наличием пирометра для контроля температуры нагрева заготовки.
1 2 3 4S 6 7 8
Рис. 8.21.5. Кинематическая схема стана СНЗ-1
СТАН ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕГОВОЙ ДОРОЖКИ КРАНОВЫХ КОЛЕС
861
8.21.2. Технические характеристики станов СНЗ-2М, ЗПС-250 и ЗПС-350-1М
Параметр	Модель стана		
	СНЗ-2М	ЗПС-250	ЗПС-350-1М
Диаметр прокатываемых изделий, мм	94 - 440	60 - 380	60 - 400
Шаг прокатываемых звездочек, мм: однорядных двухрядных	-	15,875 - 25,4 15,875	
Модуль прокатываемых шестерен, мм	-	3 - 5	3 - 7
Ширина прокатываемого зубчатого венца			
(длина зуба), мм	7 - 16	7 - 30	7 - 50
Частота вращения валков, мин*1	9,4 - 43,3	30;	60
Число работающих одновременно зубонакатных валков Наибольшая радиальная сила действия валка на заготовку, кН: при обкатке заготовки		2 250	500
при накатывании	300	250	270
Наибольший вращающий момент на каждом			
валке, Н * м	-	3000	5000
Установленная мощность электродвигателей стана (без учета нагревательных устройств), кВт	63	69	74
Число постов индукционного нагрева заготовок: на загрузчике	1		1
на стане	-	1	1
Производительность стана при прокатке звездочек, шт./ч: однорядных	60 - 250	60	60 - 90
двухрядных	-	30	30 - 60
Размеры стана, мм:			
длина по фронту стана	4500	5050	6830
ширина	4260	3230	5000
высота над уровнем пола	1925	2290	3167
глубина приямка под станом	2200	-	
заглубления коммуникаций Масса стана, кг	17 200	500 |	20 000	|	27 500
По сравнению со станами типа СНЗ станы ЗПС обладают более широкими технологическими возможностями - на них можно прокатывать звездочки и шестерни большего диапазона диаметров, их жесткость и долговечность также выше.
В комплект станов ЗПС входят индукционное нагревательное оборудование, загрузочное устройство и оборотная система водоснабжения, используемая для охлаждения прокатной оснастки.
8.21.4. СТАН ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕГОВОЙ ДОРОЖКИ КРАНОВЫХ КОЛЕС
Эффективность новой технологии, назначение и техническая характеристика стана. Разработан стан во ВНИИМЕТМАШе, внедрен на заводе строительных машин в г. Нязе-петровске (Челябинская обл.). На стане обеспечивается новый процесс формирования беговой дорожки кранового колеса прокаткой взамен получения ее традиционной токарной
862
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
обработкой. Применение новой технологии позволяет экономить 20 % металла (от массы заготовки), снизить трудоемкость изготовления в 4 - 6 раз, высвободить токарнокарусельные станки и сократить численность производственных рабочих. Кроме того, промышленные испытания показали, что прокатанные на стане колеса имеют структуру металла, увеличивающую их долговечность на 40 %.
Стан предназначен для горячей прокатки беговых дорожек крановых колес диаметром 320 - 500 мм с припуском под чистовую обработку резанием. Для прокатки используют штампованную заготовку из стали 65 Г.
Техническая характеристика стана для прокатки беговых дорожек крановых колес
Прокатываемое колесо, мм: диаметр....................... 320	-	500
ширина..................... 120	-	150
Максимальный диаметр валков по ребордам, мм................. 800
Максимальная масса штампованных заготовок колес, кг...... 200
Сила прокатки при давлении в гидроцилиндре 12 МПа, МН.....	2
Максимальный вращающий мо-
мент на каждом валке, кН - м..	30
Частота вращения валков, мин-1 ... 20 Рабочий ход суппорта, мм......	150
Максимальная сила зажима заготовки, кН.................. 250
Производительность, шт./ч.....	14 - 20
Габаритные размеры, мм: длина.......................... 14 300
ширина..................... 12 600
высота..................... 3700
Нагрев заготовок.............. Индукци-
онный
Частота, Гц................... 2500
Мощность индукционных нагревателей, кВт.................... 1500
Расход оборотной воды, м3/ч: для охлаждения нагревателей и гидросистемы (чистая вода) ....	90
для охлаждения валков и оснастки (грязная вода).....	0,8
Расход воздуха, м3/ч.......... 0,5
Масса ст&на, т................ 135
Разработчик и изготовитель.... ВНИИ-
МЕТМАШ
Состав оборудования стана для прокатки беговых дорожек приведен на рис. 8.21.6. Кинематическая схема стана дана на рис. 8.21.7.
Рас. 8.21.6. Планировка стана для прокатки беговых дорожек крановых колес:
1 - система гидропривода механизмов рабочей клети; 2 - конденсаторная батарея секторного индуктора подогрева заготовки; 3 - шкаф управления механизмами стана; 4 и 11 - станции соответственно густой и жидкой смазок; 5 - конденсаторная батарея узла нагрева в кольцевых индукторах; 6 - рабочая клеть стана;
7 - двухпозиционный узел нагрева в кольцевых индукторах; 8 - дозатор; 9 - манипулятор;
10 - стол выгрузки прокатаных колес; 12 - система гидропривода вспомогательных механизмов стана;
13 - пульт управления
СТАН ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕГОВОЙ ДОРОЖКИ КРАНОВЫХ КОЛЕС
/J e /4
Рис. 8.21.7. Кинематическая схема стана для прокатки дорожек крановых колес:
1 и 7 - цилиндрические редукторы (Ц2-500-10-12К.) приводов соответственно левого и правого валков; 2 - нажимное устройство; 3 - суппорт; 4 - центральная рамка; 5 - валок; 6 - цилиндроконический редуктор привода левого валка; 8 - трансформатор с секторным индуктором нагрева заготовки; 9 - станина; 10 - манипулятор;
11 - стол выгрузки прокатанных колес; 12 - мотор-редуктор МЦ2С-125-35,5-ЦУЗ; 13 - 2-позиционный узел нагрева заготовок в кольцевых индукторах; 14 - дозатор;
15 - редуктор РИУ-80А; электродвигатели: М\ - MTKF-211-5; Мг и Мз - 4А225М4УЗ; М4 - 4А112МВ6РЗ; М$ - 4A90L4Y3
§
864
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Нажимное устройство - гидравлическое, предназначено для перемещения суппорта и центральной рамки, а также для создания силы прокатки в стане.
Суппорт предназначен для размещения на нем редуктора привода валков, а также механизма для регулирования перемещения суппорта и связанной с ним центральной рамки. Механизм выполнен в виде винтовой пары, приводимой во вращение от электродвигателя через червячный редуктор.
Редуктор привода валков служит для передачи вращения и момента валкам, установленным на выходном валу цилиндроконической передачи.
Центральную рамку используют для установки и зажима в ней прокатываемой детали, а также сообщения ей вращательного и поступательного перемещений. Зажим заготовки осуществляется двумя пщроцилиндрами, а вращение передается от электродвигателя через систему зубчатых передач.
Механизм установки трансформатора предназначен для перемещения индуктора ТВЧ в процессе прокатки. Он закреплен на центральной рамке и может перемещаться к заготовке и от нее с помощью гидроцилиндра и реечной передачи.
Привод служит для сообщения вращения и передачи вращающего момента валкам.
Дозатор необходим для периодической передачи находящихся на нем заготовок в узел нагрева. Перемещение заготовок по регулируемым направляющим лотка осуществляется гидроцилиндром и рейкой с упором. Направляющие лотков перемещаются электродвигателем через червячный редуктор (при настройке стана на новый типоразмер колес).
Узел нагрева используют для нагрева заготовок до температуры прокатки токами высокой частоты (ТВЧ). Узел состоит из двух постов нагрева в цилиндрических индукторах, в которых последовательно нагревается каждая из заготовок. Перемещение заготовок в зону индукторов осуществляется гидроцилиндрами (подъемниками), а между постами - тележкой от гидроцилиндра.
Манипулятором заготовки передаются из узла нагрева в стан и из стана - на стол выгрузки. В нем предусмотрена одна рука с ухватом, совершающая в вертикальной плоскости качательное движение, а в горизонтальной плоскости - поступательное перемещение и поворот. Качательное и поступательное перемещения осуществляются гидроцилиндрами, поворот - гидроцилиндром через червячный редуктор.
Электрическая схема управления станом обеспечивает его работу в ручном (наладочном) и автоматическом режимах.
Последовательность работы механизмов стана. Штампованные заготовки краном укладываются на дозатор и от сигнала кнопки на пульте управления рейка дозатора перемещает заготовки на первый пост нагрева. От дозатора заготовки поштучно перемещаются подъемником вверх к кольцевому индуктору. После нагрева заготовки опускаются на тележку и передаются на второй пост нагрева, а на первый пост поступает очередная заготовка. На втором посту заготовка своим подъемником перемещается во второй кольцевой индуктор, где окончательно нагревается до температуры 1150 - 1200 °C.
Из индуктора заготовка опускается на предварительно введенную во второй пост руку манипулятора и передается на нижнюю тарелку стана.
Гидроцилиндрами зажима заготовка верхней тарелкой прижимается к нижней. Одновременно к заготовке подводится секторный индуктор и осуществляется подогрев заготовки, после чего включается ускоренное, а затем - рабочее перемещение подвижного суппорта стана. Постоянно вращающийся рабочий инструмент (валок), закрепленный на суппортах, вдавливается во вращающуюся заготовку и формирует реборды и беговую дорожку кранового колеса. Дойдя до жесткого упора, суппорт останавливается и после некоторой выдержки отводится в исходную позицию.
Прокатаное колесо рукой манипулятора снимается с нижней тарелки и передается на приемный стол или пакетирующее устройство, а рука возвращается в зону второго поста нагрева за следующей заготовкой.
Смазки, применяемые на стане следующие: индустриальное масло И20А (ГОСТ 20799-88) и густая типа УНИОЛ-2 (ГОСТ 23510-79).
Расчеты. Силы прокатки можно подсчитать по формуле
где рСр - средняя удельная сила, Н/мм2; />ср = = 300 Н/мм2; Н - ширина беговой дорожки колеса (без учета толщины реборд), мм; D и d - диаметры соответственно валка и колеса по беговым дорожкам, мм; 8 - единичное обжатие; при прокатке колес диаметром 320 -630 мм; 8 = 0,8 - 0,5 мм.
Вращающий момент на валке равен:
= p(i +
где Р - сила прокатки; и - передаточное отношение; и — D / d.
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ПРУТКОВОЙ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ
865
8.21.5. ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ПРУТКОВОЙ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ
Поперечно-клиновая прокатка. ВНИИ-МЕТМАШем создана гамма валковых станов поперечно-клиновой прутковой прокатки ступенчатых валов диаметром 10 - 130 и длиной 60 - 500 мм (рис. 8.21.8). Точность деталей, получаемых поперечно-клиновой прокаткой (рис. 8.21.9), соизмерима с точностью деталей, получаемых при черновой обработке на металлорежущих станках.
Прокатка происходит следующим образом. Заготовка, нагретая в индукторе до температуры 1100 - 1200 °C, подается в рабочую клеть стана, где размещены два валка 1 с клиновой калибровкой, и захватывается вершинами клиновых калибров, которые, внедряясь в заготовку в радиальном направлении, одновременно смещают металл в направлении оси прокатки. За каждый оборот валков происходит прокатка изделия и отделение его от прутка.
6)
Рис. 8.21.8. Прокатанные заготовки:
а - валы электродвигателей; б - шаровой палец; в - эксцентриковый вал; г - ниппель
28 Зак 108
866
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Основные технико-экономические преимущества процесса поперечно-клиновой прокатки:
повышение коэффициента использования металла в заготовительном производстве до 0,95;
снижение трудоемкости производства заготовок деталей машин в 3 - 4 раза;
высвобождение чернового металлорежущего оборудования, высвобождение числа занятых на данной операции рабочих;
полная автоматизация и механизация процесса прокатки.
Технические характеристики станов четырех типоразмеров (конструкция ВНИИМЕТ-
МАШа, завод-изготовитель - Московский опытный завод ВНИИМЕТМАШа) приведены в табл. 8.21.3.
Стан 15-40x250 поперечно-клиновой прокатки (рис. 8.21.10). Прокатка начинается с загрузки исходных заготовок - прутков в бункер загрузочного устройства. Оператор включает привод механизма подачи заготовок. Из бункера вращающимися звездочками прутки по одному подаются на сталлаж загрузочного устройства, где они накапливаются до включения двух конечных выключателей в установке БВК, что является сигналом на остановку двигателя механизма подачи заготовок.
8.21.3. Технические характеристики станов поперечно-клиновой прутковой прокатки
Параметр	Диаметр прокатываемой заготовки, мм			
	15-50		60-80	100 - 130
	Стан (15 - 40) х 250	Стан 50 х 520	Стан 80 x 400	Стан 130 х 500*
Наибольший диаметр проката, мм	40	50	80	130
Наибольшая длина заготовки, мм:				
исходной	2000	6000	3000	
прокатанной	150	520	500	
Наибольшая производительность,				
шт./ч	1200 - 2000	360	420	170
Коэффициент использования металла		0,95		
Масса стана, т	14	30	60	90
Габаритные размеры линии (в пла-				
не), мм	10 000 х 2250	17 600 х 3350	11 200 х 6500	2070 х 9500
* Находится в стадии наладки.
Примечание. Состав станов: загрузочное устройство, нагреватель, рабочая клеть с режущим устройством, механизм выдачи прокатанных заготовок.
Рис. 8.21.10. Стан 15-40x250 поперечно-клиновой прокатки
ВАЛКОВЫЕ СТАНЫ ПРУТКОВОЙ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ
867
Заготовка подается на ось нагрева рычагами дозатора. Приводом дозатора является пневмоцилиндр, действующий по команде оператора от кнопки "Пуск". Заготовка попадает в зазор между разведенными роликами. Передний конец нажимает на конечный выключатель, который дает сигнал на включение пневмоцилиндра сведения роликов. Сведенные ролики захватывают заготовку и передают во вторые подающие ролики. После захвата заготовки вторыми подающими роликами, первые подающие ролики разводятся, а вторые ролики направляют заготовку в индуктор для ее нагрева до температуры 1200 °C. После выхода из индуктора нагретая заготовка попадает в третью пару подающих роликов, которые перемещают ее до полного выхода из индуктора в термостат, расположенный перед рабочей клетью.
Термостат предназначен для поддержания постоянной температуры заготовки (1100 -1150 °C) в процессе прокатки. Перемещение заготовки через термостат до момента захвата ее валками осуществляется передним торцем следующей заготовки.
Прокатка выполняется двумя валками, разделяемыми по длине бочки на две части. Первая часть валка имеет реборду. С помощью этой реборды на заготовке прокатывается кольцевая канавка, за которую заготовка захватывается и устанавливается в исходное положение для прокатки. На второй части бочки
расположены клиновые поверхности, формирующие профиль изделия. На валке параллельно первой реборде смонтирована вторая реборда, в конце которой установлен отрезной нож, отделяющий прокатанные изделия от прутка.
При дальнейшем вращении валков изделие падает в специальный карман на нижнем валке, а транспортирующая реборда подает новую порцию металла. Непрерывное вращение валков происходит до тех пор, пока задний конец прутка не пройдет ось фотодатчика. После этого валки устанавливаются в исходное положение до подачи нового прутка, который передним концом столкнет негабаритный отход в карман нижнего валка. Затем цикл повторится.
Стан 50 х 520 поперечно-клиновой прокатки (рис. 8.21.11). Процесс прокатки на стане осуществляется следующим образом. На горизонтальный стол механизма загрузки укладывается пачка прутков в заводской упаковке, которая удаляется, и часть прутков скатывается на решетку дозатора. Здесь может быть уложено в один ряд до 25-ти прутков.
На автоматический режим работы стан переходит при нажатии оператором кнопки "Автоматическая работа". Диски дозатора, захватывая один пруток, поворачиваются на 180°. Одновременно с их поворотом открываются крышки приемного желоба, и пруток падает в желоб, ложится между транспорти
Рнс. 8.21.11. Стан 50 х 520 поперечно-клиновой прокатки
28*
868
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
рующими роликами, захватывающими его и перемещающими в "механизм подачи", который состоит из двух кареток с расположенными на них захватами. Каретки соединены между собой шарнирно и передвигаются по направляющим станины.
Механизм подачи предназначен для подачи прутка в индукторы, а затем нагретой части прутка - в рабочую клеть под прокатку. Пруток в индукционной установке нагревается до температуры прокатки. Время нагрева должно обеспечивать заданную температуру и производительность стана.
Затем пруток поступает в рабочую клеть, и начинается его прокатка. Валки делают один оборот, прокатывают изделие, отрезают его от прутка и подрезают передний торец. Прокатанное изделие выталкивается прутком с нижней межвалковой проводки на конвейер и затем - в тару.
Стан 80 х 400 поперечно-клиновой прокатки (рис. 8.21.12). Процесс прокатки заключается в следующем. Исходные заготовки -штанги диаметром 60 - 80 и длиной до 3000 мм - укладываются в загрузочные устройства перед индуктором, откуда поштучно пе
редаются на ось индуктора. Перемещение холодных штанг в индуктор осуществляется подающими роликами.
Нагретая до температуры прокатки штанга выталкивается из индуктора следующей штангой. На выходе из индуктора горячая штанга захватывается тянущими роликами, которые передают нагретую штангу на ролики приемного механизма. Отсюда передающими механизмами она передается в желоб задающего механизма (на ось прокатки).
Перемещение штанги в валки осуществляется толкателем, закрепленным на тележке, до упора на валках, при этом валки находятся в положении загрузки. Включается главный привод стана, валки за один оборот прокатывают изделие, отрезают его от штанги, а также передний концевой отход.
В конце операции валки формуют на штанге коническую поверхность для прокатки следующей заготовки. Прокатанная заготовка проваливается в карман нижнего валка, из которого при прокатке следующей заготовки она скатывается на конвейер. После того как закончится прокатка последней заготовки из штанги, открывается механизм выброса не
Рис. 8.21.12. Клеть стана 80 х 400 поперечно-клиновой прокатки
ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ
869
кратного концевого отхода из зоны прокатки. Тележка возвращается в исходное положение, освобождая желоб для очередной нагретой штанги.
После подачи очередной нагретой штанги в желоб стана процесс прокатки повторяется. Конвейер перемещает заготовки и концевые отходы в разные тары.
Стан поперечно-клиновой прокатки 130 х 500. Исходные заготовки - штанги диаметром 120 -130 и длиной до 3000 мм - краном укладываются в загрузочное устройство, откуда поштучно передаются к нагревателям. На участке нагрева смонтированы параллельно друг другу два индуктора, каждый из которых получает электропитание от собственного источника. В зависимости от потребности могут быть включены либо оба индуктора, либо любой один из них. Выдача нагретых штанг из индуктора выполняется при подаче следующей холодной штанги подающим механизмом через равные промежутки времени.
При выходе из индуктора горячая штанга захватывается тянущими роликами, которые вытягивают штангу из индуктора и передают ее на входную сторону стана, откуда передающими механизмами она помещается в желоб стана. Перемещение штанги в зону валков осуществляется вторым подающим механизмом. Валки находятся в положении загрузки. Нагретая штанга, находящаяся в желобе стана, третьим подающим механизмом перемещается в зону валков до стационарного упора на валках, после чего включается главный привод стана.
Валки за один оборот прокатывают ступенчатую заготовку, отрезают ее от штанги, а также передний концевой отход. Операция прокатки заканчивается процессом формовки на штанге конической поверхности для прокатки следующей заготовки. Прокатанная заготовка проваливается в карман нижнего валка, из которого при прокатке следующей заготовки скатывается на конвейер.
Валки останавливаются в положении загрузки, после чего второе подающее устройство перемещает штангу до регулируемого упора, после чего процесс прокатки повторяется.
В конце последнего оборота открывается механизм выброса последних концевых отходов. Одновременно второе подающее устройство возвращается в исходное положение, освобождая желоб для очередной нагретой штанги. После этого процесс прокатки повторяется. Конвейер перемещает заготовки и концевые отходы в разные тары.
8.21.6. ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОПЕРЕЧНО-КЛИНОВОЙ ПРОКАТКИ
Особенности поперечно-клиновой прокатки (ПКИ). ПКП деталей осуществляется кли
новыми калибрами, которые деформируют заготовку постепенно от центра к краям и создают, при этом, осевые напряжения в зоне деформации. Методом ПКП возможно получать самые разнообразные по форме и конфигурации детали: ступенчатые осесимметричные валы и оси, валы с коническими, сферическими или какими-либо другими участками. Возможно получение и эксцентриковых участков на валах.
Классификация инструмента по конструктивному признаку. Конструкция машин определяет три основных вида инструмента для ПКП - плоский, валковый и валковосегментный. Принципы построения калибровок во всех этих случаях очень близки, если рассматривать развертки инструмента.
Конструкция инструмента каждого вида различна. Так, например, валковые инструменты изготовляют бандажированными, цельными, сегментными и т.д. Каждая из этих конструкций имеет свои преимущества и недостатки, в основном в части изготовления, перевалки инструмента и его наладки.
Калибровка инструмента. Существенную роль при прокатке качественного изделия играют калибровка инструмента, принципы ее построения и ее параметры. Для прокатки одной и той же детали можно спроектировать различные калибровки инструмента, поэтому однозначных критериев построения калибровок не может существовать. Несмотря на это, существуют определенные диапазоны параметров, характеризующих калибровку, выходить за которые не рекомендуется.
Основные параметры калибров. Инструмент для поперечно-клиновой прокатки характеризуется следующими основными параметрами: углами а заострения клина и Р наклона его боковой грани, степенью обжатия заготовки £ = г3 / ги (здесь г3 - радиус исходной заготовки; ги - радиус прокатываемого изделия); для валковых станов так же основным параметром является диаметр валка /Зв, а для плоско-клиновых станов - ход инструментальной плиты.
Угол а заострения клина для горячей прокатки выбирается, как правило, из интервала: а = 8°, при больших углах могут возникать дефекты в прокатываемой заготовке, такие как вскрытие полости. Для холодной прокатки обычно а £ 3°.
Угол Р наклона боковой грани выбирают в пределах: р = 30 - 45°, а в некоторых случаях р = 20 - 60°. При неправильном выборе угла Р могут возникать винтовые закаты или вскрытие полости, или утяжина в прокатываемой заготовке.
870
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Степень обжатая за один проход, как правило, равна: £	1,8. На практике некото-
рые из шеек валов необходимо деформировать со степенью обжатия £ £ 3. В этом случае шейки прокатывают последовательно за два пропуска и больше.
Примеры. Рассмотрим примеры калибровки валков. Первый пример - калибровка валков для вала коробки передач автомобиля ЗИЛ (рис. 8.21.13).
Стан работает с остановкой валков после прокатки каждого изделия. Участки на развертке калибровки: 1 - загрузки и выгрузки; 2 - отрезки концевого отхода от изделия и изделия от прутка; 3 - собственно, формовки изделия и калибровки.
Начало деформации выбрано рядом с не-деформируемым участком заготовки (0 75 мм). Это сделано для того, чтобы вертикальными поверхностями валков с перепадом диаметров 968 - 935 и 947 - 935 удерживать прокатываемое изделие от осевого смещения.
Предельная степень обжатия за один пропуск выбрана £ = 1,53, поэтому одним клином выкатываются шейки диаметром 63, 54, 52 и 49 мм, остальные шейки - другим последовательно расположенным клином. Шейки диаметром 47 и 32 мм получают из предварительно подготовленного диаметра 49 мм, а шейки диаметром 48, 44 и 35 мм - из предварительно подготовленного диаметра 52 мм. Последовательно расположенные клинья на рисунке обозначены как участки 41л 5.
Нижний и верхний валки отличаются друг от друга тем, что на нижнем валке после отрезного участка выполнен карман, в который прокатанное изделие падает после отрезки, а при следующем обороте выбрасывается из кармана на конвейер.
Второй пример калибровки валков для ПКП - это валки с подающей ребордой (рис. 8.21.14). Стан работает с остановкой валков в конце каждого прутка для выброса негабаритного отхода. Прокатка изделия и подача следующей порции металла подающей ребордой в зону деформации происходит без остановки валков.
Участки на развертке калибровки: 1 -выгрузки негабаритного отхода; 2 - накатки канавки на прутке, в которую входит подающая реборда; 3 - транспортирующая реборда, которая подает необходимую порцию металла в зону деформации; 4 - деформации и калибровки, где формуется изделие; 5 - отрезки отхода от изделия и изделия от прутка.
На нижнем валке за участком отрезки выполнен карман, в который падает прокатанное изделие и негабаритный отход.
Материал валков и стойкость инструмента. Валки для горячей ПКП изготовляют из штамповой стали, как правило, 5ХНМ. Закалку проводят до 43 - 48 HRC.
Стойкость инструмента зависит от конфигурации детали и составляет 50 - 200 тыс. изделий при каждом возобновлении инструмента (при переточке профиля клина).
Рис. 8.21.13. Развертка валка для ПКП вала коробки передач
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОЛЕЦ
871
8.21.7. СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОЛЕЦ
Прокатку колец применяют взамен кузнечной операции раскатки на оправке. Использование кольцепрокатных станов позволяет в 5 - 10 раз повысить производительность и снизить в 1,5 - 2 раза расход металла в результате сокращения припусков на обработку резанием и выполнения необходимого профиля сечения кольца.
Для прокатки крупных колец применяют 2- и 4-валковые кольцепрокатные станы с приводными торцевыми валками.
Двухвалковые станы имеют простую конструкцию, меньшую массу и обеспечивают удовлетворительное качество прокатанных колец.
Двухвалковый стан КПС-1000 (рис. 8.21.15) предназначен для единичного и серийного производств гладких и профилированных колец из различных металлов, включая жаропрочные. Диаметры прокатанных колец 250 - 1500, ширина до 300 и толщина 5 -120 мм.
Стан содержит наружный 1 и внутренний 2 рабочие валки, установленные в станине вертикально. Наружный валок вращается электродвигателем 3 постоянного тока мощностью 370 кВт через коническую передачу и цилиндрический двухступенчатый редуктор. Регули
рование частоты вращения позволяет начинать прокату исходных заготовок с разностенно-стыо и граненой поверхностью на пониженной скорости 0,5 - 0,9 м/с, а после выравнивания толщины увеличить скорость до 1,1 -2,0 м/с.
Внутренний валок выполнен нажимным. Валки сближаются гидроцилиндром 4, развивающим силу нажатия до 1000 кН. На стане имеются две системы управления нажимным гидроцилиндром. Для прокатки единичных колец или мелких партий используют регулятор давления, дистанционно управляемый оператором; для прокатки крупных партий колец - гидравлическую следящую систему, обеспечивающую режим перемещения внутреннего валка в соответствии со сменным копиром.
Оба рабочих валка стана выполнены двухопорными, в результате чего сохраняется параллельность валков под нагрузкой. Это особенно необходимо для прокатки тонкостенных колец.
Для загрузки и выгрузки колец верхняя опора 5 внутреннего валка поднимается, поворачиваясь вокруг оси 6 на каретке нажимного цилиндра. Качественное соединение верхней опоры с рабочим валком достигается благодаря подвижной втулке 7, вводимой перед прокаткой в зазор между валком и подшипниковой
872
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.21.15. Кинематическая схема 2-млкового кольцепрокатного стана КПС-1000
опорой. Два опорных ролика 8> предназначенных для поддерживания правильной окружности кольца, перемещаются гидроцилиндрами. Симметричность расположения роликов относительно рабочих валков обеспечивается зубчатым зацеплением 9, расположенным между рычагами роликов, которое синхронизирует поворот рычагов.
Во время прокатки кольцо, увеличиваясь в диаметре, разводит опорные ролики. Сила прижатия роликов к кольцу регулируется оператором и может достигать 100 кН. Для повышения точности диаметра колец опорные ролики в конце прокатки могут быть установлены на регулируемые упоры.
Стан оборудован столом с постоянным уровнем и укрепленными на нем подъемными решетками. Для загрузки исходные заготовки устанавливаются на решетки, поднятые выше внутреннего валка и соосно с ним. Опускаясь, решетки одевают заготовку на внутренний валок и укладывают ее на стол. Прокатанные кольца поднимаются решетками на исходный
уровень. Эти операции выполняются при поднятой верхней опоре внутреннего валка.
Контроль текущего диаметра кольца в конце прокатки и подача сигнала для прекращения прокатки при достижении необходимого диаметра проводится измерительным устройством 10у установленным подвижно на столе. Это устройство перемещается в положение, соответствующее заданному диаметру кольца, вручную через коническую и винтовую передачи, а отводится при загрузке и выгрузке гидроцилиндром.
Стан оснащен насосно-аккумуляторной станцией для привода механизмов, и станциями густой и жидкой смазки механизмов и технологической смазки. В качестве густого смазочного материала применяют, например, УНИОЛ-2 (ГОСТ 23510-79), жидкого - индустриальное масло И20А (ГОСТ 20799-88).
Система управления обеспечивает два автоматических и наладочный режимы работы стана, контроль выполнения операций и автоматическое включение систем смазки.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ КОЛЕЦ
873
Кольцепрокатный стан КПС-1000 отличается повышенной мощностью, необходимой для прокатки колец из жаропрочных сталей и сплавов и возможностью точного регулирования силы действия опорных роликов, позволяющей прокатывать тонкостенные кольца с отношением толщины к диаметру до 1 : 100.
Кольцепрокатные станы с торцевыми валками обладают рядом дополнительных преимуществ. Расширяется сортамент изготавливаемых колец - становится возможной прокатка колец, радиальная толщина которых превышает осевую ширину. Уменьшается парк валков, так как гладкие кольца могут быть прокатаны без смены валков. Улучшается качество прокатанных колец за счет устранения заусенцев и повышения чистоты обработки торцев. Снижаются требования к точности ширины заготовок под прокатку. Вместе с тем, усложняется конструкция стана и его управление, возрастает масса и стоимость. Поэтому станы с торцевыми валками целесообразно применять в специализированных кольцепрокатных производствах.
Четырехвалковый стан КПС-1000/200 (проект) с приводными торцевыми валками (рис. 8.21.16) предназначен для массового производства кольцевых заготовок подшипников качения диаметром 350 - 1000 и шириной 50 - 200 мм; масса заготовок до 120 кг. Стан состоит из главной и торцевой клетей, соединенных общей станиной.
Клеть главных валков может выполняться такой же, как и на 2-валковых станах. В этом случае возможны другие конструктивные решения главных валков, отличающиеся от конструктивных решений валков стана КПС-1000.
Привод наружного валка 1 состоит из двухступенчатого цилиндрического редуктора и электродвигателя постоянного тока мощностью 250 кВт вертикального исполнения. Исключение конической передачи повышает долговечность привода. Внутренний валок 2 выполнен нажимным, необходимая сила нажатия до 600 кН. Верхняя опора 3 внутреннего валка не поднимается, как на стане КПС-1000,
Рис. 8.21.16. Кинематическая схема 4-валкового стана КПС-1000/200
874
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
а сдвигается к наружному валку гидроцилиндром 4 после подъема верхнего подшипникового узла 5. Кроме того, верхняя опора внутреннего валка снабжена механизмом 6, отклоняющим внутренний валок от вертикали. Этот механизм включается при прокатке, если необходимо исправить конусность кольца. Нижняя опора внутреннего валка имеет механизмы фиксации валка в опоре 7 и осевого регулирования 8.
Клеть торцевых валков расположена диаметрально противоположно главным валкам и перемещается по мере увеличения диаметра кольца. В торцевой клети установлены наклонно два конических валка 9 и 10 с приводами вращения, состоящими из одноступенчатого цилиндрического редуктора и электродвигателя постоянного тока мощностью 200 кВт. Выполнение торцевых валков коническими позволяет наиболее близко подвести их к внутреннему валку без существенного увеличения расстояния между опорами внутреннего валка и увеличения его диаметра.
Обжатие колец по торцам проводят в результате перемещения верхнего торцевого валка. Наибольшая сила сближения составляет 400 кН. Торцевая клеть перемещается гидроцилиндром 77 на расстояние в 2 раза меньшее, чем приращение диаметра кольца. В результате достигается прокатка в торцевых валках без проскальзывания на контактной поверхности с кольцом. Рост диаметра кольца измеряется контрольным роликом 72, расположеным между торцевыми валками. Опорные ролики 13 и 14 установлены на клети главных валков. Привод перемещения опорных роликов содержит механизм синхронизации 15 и гидроцилиндр 16, изменяющий расстояние между роликами.
Механизм синхронизации включается во время радиальной деформации и поддерживает симметричное расположение кольца относительно оси стана. При совместной работе главных и торцевых валков механизм синхронизации отключается, допуская смещение кольца при различии скоростей прохождения металла через главные и торцевые валки, при этом поддерживается заданное расстояние между опорными роликами. Смещение опорных роликов является величиной, используемой для регулирования частоты вращения торцевых валков.
Подача исходных заготовок и отвод прокатанных колец осуществляется рольгангами, расположенными по обе стороны от стана на уровне, несколько превышающем уровень внутреннего валка. Механизм загрузки снимает заготовки с рольганга и устанавливает на поднятый стол стана соосно внутреннему валку. При опускании стола заготовка одевается на внутренний ва
лок. Прокатанные кольца поднимаются столом и передадутся на отводной рольганг механизмом выгрузки.
Управление стана выполняется автоматическими системами регулирования по заданным программам сближения главных и торцевых валков, перемещения опорных роликов и торцевой клети, изменения частоты вращения торцевых валков. В автоматическом режиме все механизмы управляются вычислительной машиной. Данные об исходной заготовке, необходимых размерах кольца и установленных валках вводятся в УВМ с пульта управления. Дополнительно к перечисленным на дисплее пульта управления отражаются сведения диагностики, текущие размеры кольца и загрузка приводов стана.
Расчет силы прокатки. Возможность прокатки колец определяется силой кольцепрокатного стана, необходимой для деформирования сечения исходной кольцевой заготовки:
Р = (0,44 - 0,47)стд^ h b, где cy,$v/ - сопротивление деформации металла при степени деформации 3 - 5 %, скорости деформации 1,5 - 2,5 с'1 и температуре прокатки; h и b - соответственно радиальная толщина и осевая ширина сечения кольцевой заготовки.
8.21.8.	СТАН-АВТОМАТ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПОДШИПНИКОВЫХ КОЛЕЦ
Наиболее трудоемкими и металлоемкими деталями в подшипниковой промышленности являются кольца. На их изготовление идет около 70 % металла, используемого отраслью. Для повышения коэффициента использования металла, создания благоприятной макроструктуры деталей и повышения производительности во ВНИИМЕМАШе был создан стан-автомат КПС-90, используемый для прокатки наружного кольца шарикоподшипника 308. Стан установлен на ГПЗ-1. Использование стана позволяет заменить восемь 6-шпин-дельных токарных станков. Коэффициент использования металла увеличился с 0,42 до 0,6.
Техническая характеристика стана-автомата для прокатки подшипниковых колец
Часовая производительность, шт./ч	530
Скорость прокатки, м/с........... 3
Температура, °C: заготовок при выгрузке из нагревателя ......................... 930	± 5
конца прокатки................. 800
Сила, кН: прокатки....................... 60
действующая на опорные ролики ............................. 15
СТАН-АВТОМАТ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПОДШИПНИКОВЫХ КОЛЕЦ
875
Максимальный момент прокатки на валке, Н * м: внутреннем..................... 200
наружном.................... 30
Масса стана, т................. 13
Габаритные размеры стана, мм: ширина....................... 2300
длина....................... 4990
высота...................... 2675
Стан работает в составе линии, состоящей из устройств нагревательного индукционного и транспортного для передачи нагретых заготовок к стану и из стана-автомата, а также загрузчика заготовок в нагревательное устройство.
Процесс получения колец. Комплектная заготовка, т.е. заготовка, состоящая из заготовок для наружного и внутреннего колец подшипника, штампуется из предварительно ободранного прутка на прессе АМП-70. При разделении комплектной заготовки на заготовке наружного кольца (рис. 8.21.17) образуется заусенец, который забивается галтовкой. На поверхности заготовки не допускаются трещины и заштамповки за исключением складки на торце или внутренней поверхности, образующейся от забитого галтовкой облоя.
Заготовки поступают в загрузочное ус-тойство, а оттуда - в индукционный нагреватель, состоящий из индуктора и индукционного термостата. Такая конструкция позволяет поддерживать температуру заготовок на выходе из нагревателя с высокой точностью. Нагретые до 930 °C заготовки по желобу попадают в стан.
Стан обеспечивает прокатку колец по наружной и внутренней поверхностям с припусками под силовое шлифование. На кольце полностью выполнены две наружные и две внутренние фаски. На торце кольца допускаются закаты от заголтованного облоя (рис. 8.21.18).
Рис. 8.21.18. Прокатанное кольцо
Допускаются колебания массы заготовки под прокатку в пределах 5 %. Избыток металла при прокатке выдавливается в торцевой облой. Одновременно при этом обеспечивается лучшее заполнение профиля желоба кольца.
Возможна прокатка колец и без торцевого облоя при соответствующем изменении калибровки инструмента.
Точность получаемого кольца по наружному диаметру обеспечивается роликовой обоймой, точность по внутренним поверхностям кольца - нажимным устройством, которое работает до регулируемого упора, обеспечивая постоянство толщины стенки кольца.
Режим обжатий на стане имеет особенности. На первом этапе прокатки, когда кольцо еще не вкаталось в роликовую обойму, обжатия выбирают исходя из прочности внутреннего валка. На втором этапе, когда кольцо вкаталось в обойму, обжатия должны быть резко уменьшены с тем, чтобы кольцо не потеряло устойчивость и не произошло вспучивания металла между роликами.
Термическая обработка колец. После прокатки кольца поступают в
Рис. 8.21.17. Заготовка
876
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
печь безокислительного ускоренного отжига, а затем на токарный автомат, ще обрезается торцевой заусенец. После отжига допускается обедненный углеродом поверхностный слой не более 0,2 мм. Вместе с отрезанным заусенцем удаляется и торцевой закат. Затем кольца подвергаются закалке и шлифуются.
Темп работы нагревателя и стана устанавливается с помощью реле времени. Стан начинает работать от сигнала конечного выключателя, расположенного на подводящем желобе. Конечный выключатель срабатывает от движущейся мимо нагретой заготовки.
Оборудование стана. Заготовка 1 (рис. 8.21.19) попадает в щель 2 центрирующего механизма. По обе стороны щели расположены две призмы - приводная 3 и подпружиненная 4. От опрокидывания заготовка удерживается боковыми планками. Гидроцилиндром 5 приводная призма смещает заготовку в положение, соосное внутреннему валку. Прижатие заготовки к подвижной призме обеспечивается подпружиненной призмой.
Механизм надевания заю-товки на внутренний валок расположен поперек центрирующего механизма. При движении механизма в отверстие заготовки вставляется подпружиненный центр 6. Заготовка одевается на него вплоть до упора в кольцевую
площадку 7, которой заготовка выталкивается из призм центрирующего механизма и подается к внутреннему валку.
Внутренний валок находится в положении прокатки, обойма закрыта и ее центр расположен соосно внутреннему валку. Подпружиненный центр упирается в торец внутреннего валка, останавливается, а кольцевая площадка продолжает движение, смещая заготовку на калибр внутреннего валка.
Корпус внутреннего валка расположен на двух равных кривошипах, образуя механизм шарнирного параллелограмма. Движение валка осуществляется от гидроцилиндра.
Заготовка фиксируется в осевом направлении относительно калибра подвижной кольцевой площадкой 8, механизм которой расположен на корпусе внутреннего валка. Площадка перемещается от двух гидро-цилиндров 9.
Для осевого регулирования положения внутреннего валка используют клиновой механизм. Для регулирования соосности внутреннего и наружного валков в вертикальной плоскости, а также для компенсации изгиба внутреннего валка в переднем кривошипе расположен эксцентриковый механизм.
Рис. 8.21.19. Кинематическая схема стана КПС-90
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
877
Обойма 10 содержит шесть опорных роликов и один наружный валок. Три ролика расположены в поворотной части обоймы, открывающейся с помощью гидроцилиндра 11. При этом раскатанное кольцо под действием собственного веса выпадает из обоймы. Неподвижная часть обоймы, содержащая три ролика, и наружный валок, крепится в качающемся рычаге 12. Рычаг уравновешивается с помощью гидроцилиндра 13. Этот же гидроцилиндр обеспечивает прижим наружного валка к опорному 14, воспринимающему силу прокатки.
Гидроцилиндр 15 нажимного устройства осуществляет поворот рычага 16 опорного валка, обеспечивая силу прокатки. Управление перемещением штока гидроцилиндра осуществляются от гидравлической следящей системы. Перемещение нажимного устройства задается профилем копировальной линейки. Движение линейки осуществляется от гидроцилиндра. Через рычажную систему линейка управляет следящим клапаном, который обеспечивает нажимной гидроцилиндр соответствующим расходом масла. Для контроля перемещения нажимного цилиндра служит рычаг обратной связи, жестко связанный с рычагом опорного валка.
Главный двигатель приводит во вращение внутренний валок. Частота вращения внутреннего валка постоянна. При прокатке частота вращения наружного валка уменьшается в соответствии с кинематикой процесса. Привод наружного валка обеспечивает его вращение с переменной скоростью.
Момент от опорного валка к наружному передается благодаря силам трения, возникающим от силы прижима наружного валка к опорному гидроцилиндром 13.
Оси наружного валка и опорных роликов охлаждаются водой. Стойкость наружного валка до 25 тыс. шт. колец, внутреннего - до 15 тыс. шт. Смазку валков не применяют.
Силовые параметры стана. Силу прокатки определяют по формуле
где <Тф - фактическое сопротивление формоизменению; (/ / А)*0»4 - коэффициент, учитывающий влияние внешних зон; I - длина контакта; h и b - соответственно радиальная толщина и ширина кольца.
Момент прокатки рассчитывают, используя выражение
^пр
npl 2/?в+Й )
ще 7^ и Вц - радиусы соответственно внутреннего и наружного валков.
8.21.9.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
Назначение станов и нх устройство. Станы предназначены для производства круглых заготовок с переменным по длине диаметром, максимально приближенных по форме и размерам к готовым изделиям (оси железнодорожных вагонов, полуоси автомобилей, ступенчатые валы редукторов и электродвигателей и др.). Коэффициент использования металла (КИМ) при изготовлении машиностроительных деталей составляет: 0,8 - 0,9 для катаных периодических заготовок; 0,5 - 0,8 для кованых заготовок; 0,3 - 0,7 для заготовок из круглого проката. Изделия из периодических профилей имеют лучшие механические свойства.
В состав стана входят: участок складирования и подготовки исходных заготовок, на котором предусмотрены установки контроля и зачистки наружной поверхности; линия разрезки исходной заготовки на заготовки мерной длины или массы; устройство нагрева металла до температуры прокатки (газовая печь, индукционный нагреватель, электропечь или установка контактного электро нагрева); собственно стан с входной и выходной сторонами; холодильник; участок термообработки, правки и охлаждения проката; участок контроля, отделки, складирования и отгрузки готового проката. На рис. 8.21.20 дано расположение оборудования станов 250 и 120.
В состав оборудования собственно стана входят рабочая клеть с механизмами установки прокатных валков и изменения обжатия заготовки, привод вращения валков, устройства натяжения и подпора заготовки в процессе формирования профиля, устройство удержания и перемещения оправки (при прокатке полых заготовок), насосно-аккумуляторная станция системы программного управления и автоматизации.
Трехвалковые клети винтовой прокатки периодических профилей обеспечивают синхронные радиальные перемещения. рабочих валков, при этом на заготовке формируется профиль готового проката. Эти перемещения осуществляются гидравлическим нажимным устройством, для малых скоростей могут быть использованы нажимные винты с электроприводом.
Рабочие клети различных станов отличаются размером и расположением валков, схемами механизма синхронизации перемещений валков, конструкцией нажимных устройств.
Валки могут иметь консольное крепление и наклон к оси заготовки (ось прокатки) на угол р = 45 - 60° (угол раскатки). Двух-
878
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.21.20. Схемы расположения оборудования:
а - стана 250; 1 - загрузочная решетка; 2 - пилы холодной резки заготовок; 3 - нагревательная печь (газовая); 4 - гидросбив окалины; 5 - стан 250; 6 - пила обрезки технологических концов; 7 - клеймовочная машина;
8 - холодильник; 9 - печь нормализации; 10 - шлеппер; 11 - прессы правки; 12 - холодильник;
13 - дробеметная машина; 14 - торцефрезерные станки; 15 - установки ультразвукового контроля;
16 - стеллажи контроля и ремонта катаных заготовок;
б - стана 120; 1 - загрузочная решетка; 2 - пресс ломки заготовки; 3 - печи индукционного нагрева заготовок;
4 - стан 120; 5 - холодильник; 6 - пилы холодной резки катаных заготовок;
7 - сгелажи контроля и ремонта катаных заготовок
опорные валки (дисковые) при Р — 0 применяют на крупных станах (250 и 450Г).
Синхронизация перемещений валков тложеп быть механической (станы: 10, 20, 50, 80, 100, 120 и 250), электромеханической (стан 140) и элек-тропщравлической (станы: 100 с ЧПУ и 450Г).
Наиболее распространены клети с механической системой синхронизации перемещений валков. В клетях малых типоразмеров используют установку валков в пинолях, перемещающихся в направляющих станины клети. Синхронизация осуществляется тягами, соединяющими пиноли с общим поворотным кольцом. Установка валков на силовых рычагах имеет преимущества по точности синхронизации, а также по надежности стана [3, 4].
Характеристики станов для прокатки периодических профилей приведены в табл. 8.21.4.
Расчет энергосиловых параметров прокатки. Силу прокатки, действующую со стороны деформируемого металла на валок, определяют по формуле
Р = <Тф Па F, где Стф - фактическое сопротивление металла пластической деформации [5]; Па - коэффициент напряженного состояния [12]; F - площадь контактной поверхности металла с валком [6];
р =	* ^iSinnnoc
»0 +1 V 3 <8аПт
xhM/o+1) + (-Ri "rizo)"
"V'iO’o +0 + (л1 -Фо)]х
2ZKtga
3n»[l"
тде z*i, и Sb - радиусы соответственно заготовки в "пережиме”, валка и исходной заготовки; Yi и а - углы соответственно осевой подачи и обжимного конуса валков; Т)о с и Т)х -коэффициенты соответственно осевой и тангенциальной скоростей; цох = 0,8 - 1,12; Т)х — = 1; tQ — sin(p - а) / sina; р - угол раскатки валков; ZK - длина калибрующего участка; £ — = А) / /*1 - коэффициент обжатия по диаметру; &оВ - коэффициент овализации заготовки.
Момент прокатки на каждом валке определяют по формуле

где
^ср s	2
(r0+n)tga+j/K
Z>cp - средняя ширина контактной поверхности металла с валком; \|/ - коэффициент плеча; \|/ » 0,5.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ПРОФИЛЕЙ
879
8.21.4. Технические характеристики станов для прокатки периодических профилей
Модель стана	Схема расположения валков	Исходная заготовка Прокат		Произво-дите явность, шт./ч	Мощность главного привода, кВт	Масса стана, т	Габаритные размеры стана (длинах х ширина х х высота), м
		Наибольшая длина	Диаметр				
		мм					
10		400 700	7_^12 5 - 10	360	7	3,0	6,5x1,2x1,5
20		900 1200	12-20 10 - 20	240	14	3,6	8x1,7x2
50		800 1600	21-50 15 - 50	200	100	30,0	11x3,8x1,2
80		2000 2600	40-80 30 - 80	100	105	25,0	10,4хЗ,4х х2,3
100		1500 2000	80 - 100 40 - 90	60	118	56,0	21,3х9,35х хЗ,5
120		2400 4000	80_- 120 50 - 110	40	400	120,0	18,5х5,65х х3,32
250		2000 2600	230 - 270	60	1350	250,0	28x8x2,5
			140 - 250				
450Г		2500 4000	120 - 450	20	800	334,0	24x17,6x3
			120 - 400				
Мощность N, кВт, передаваемая одним валком при прокатке:
п
где М - момент прокатки, кН • м; со - угловая
1 я частота вращения, с'1; <о = — пъ ; лв - частота
вращения валка, мин*1.
880
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
8.21.10.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОДОЛЬНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ СВЕРЛ
Продольно-винтовую прокатку широко используют при производстве спиральных сверл на специализированных инструментальных заводах, так как этот способ обеспечивает большую экономию металла по сравнению с фрезерованием канавок (20 - 40 %) и высокую производительность формообразования. Прокатка осуществляется четырьмя валками, расположенными равномерно по периметру поперечного сечения заготовки и развернутыми к оси заготовки под утлом, примерно равным углу наклона винтовых канавок сверла (30 -35°). Разработаны специализированные станы для прокатки сверл диаметром 1,8 - 25 мм. Диапазон диаметров сверл, прокатываемых на стане одного типоразмера, колеблется от 2 до 8 мм в зависимости от размера сверл.
Технические характеристики станов продольно-винтовой прокатки сверл
Диаметр, мм: прокатываемых сверл............ 1,8 - 25
валков.................... 50 - 280
Частота вращения валков, мин*1 ... 30 - 100
Производительность, шт./ч...... 200 - 1000
Мощность, кВт: электропривода................. 2-55
нагревательной установки .... 10 - 100
Частота тока нагревательной установки, кГц.............:....... 10 - 400
Оборудование стана и последовательность его работы. Принципиальная кинематическая схема стана дана на рис. 8.21.21. Оган состоит из бункера 1 заготовок с механизмом их поштучной выдачи на ось прокатки, толкателя 2, нагревательного индуктора 3, передней проводки < рабочей клети с четырьмя валками 5, задней проводки 6. При
водом для всех механизмов является электродвигатель 7, который через систему зубчатых колес и шпиндели 8 приводит во вращение валки, а через распределительный вал 9 и кулачки 10 и 11 сообщает возвратно-поступательное движение толкателю и задней проводке, а также ворошителю бункера.
Работа стана. Толкатель подает заготовку из лотка бункера через индуктор таким образом, что хвостовая часть заготовки фиксируется в передней проводке, а рабочая -в витках индуктора, где осуществляется ее нагрев. Время нагрева в зависимости от размера сверл составляет 1 - 15 с. По окончании нагрева толкатель подает в индуктор следующую заготовку, выталкивающую нагретую заготовку в рабочую клеть.
Калибры валков выполнены в виде кольцевых секторов, два из которых прокатывают канавки сверла, а два других - спинки и ленточки. Подача нагретой заготовки в рабочую клеть производится в момент, когда калибры выведены из зоны прокатки. Хвостовик заготовки проходит свободную зону между валками, фиксируется в задней проводке, занимающей в этот момент ближнее к рабочей клети положение. Затем калибры валков своей заходной частью одновременно захватывают заготовку за ее среднюю нагретую часть и прокатывают спиральный профиль сверла. Во время прокатки задняя проводка перемещается вместе со сверлом. По окончании прокатки проводка находит на упор 72, и прокатанное сверло выталкивается в наклонный желоб 73, по которому скатывается в приемную тару.
Для обеспечения требуемой точности геометрических параметров сверл к рабочей клети и проводкам предъявляются высокие требования по точности и жесткости.
Рис. 8.21.21. Кинематическая схема стана прокатки сверл
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ВИНТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ
881
Силовые параметры станов. Расчет действующих на валки радиальных и осевых сил, а также вращающих моментов приведен в работах [1, 3, 13].
Силы, действующие на валки при продольно-винтовой прокатке сверл из стали
Р6М5 (температура прокатки 1100 °C) и другие силовые параметры даны в табл. 8.21.5.
Средние контактные напряжения на валках для указанной стали и температуры составляют 550 МПа на канавочных валках и 500 МПа - на спиночных.
8.21.5. Силовые параметры станов для прокатки сверл
Номинальный диаметр сверл, мм	Валки		Сила, действующая на валок, кН		Вращающий момент на валке, кНм	Потребляемая мощность стана, кВт
	Диаметр, мм	Частота вращения, мин-1	радиальная	* осевая		
7,5	110	70	17-&Q 13 000	8500 2800	300 130	6
13	140	50	45 50Q 28 000	21 000 6000	1250 280	15
22	280	30	1Ю000 60 000	50 000 12 000	6000 2000	46
Примечание. В числителе дроби данные для канавочных валков, в знаменателе -для спиночных.
8.21.11.	СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ВИНТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ
Прокатка цилиндрическими роликами с винтовыми и кольцевыми калибрами - наиболее простой и универсальный способ получения деталей с винтовыми поверхностями. Разработаны схемы прокатки одним - тремя роликами, а также схемы: с тангенциальной, радиальной и осевой подачами, валками, оси которых перекрещиваются или параллельны, и др.
Область применения этих способов - массовое и крупносерийное производство винтов, червяков и других изделий с резьбой круглого, треугольного и трапецеидального профиля.
Холодная и горячая прокатки машиностроительных деталей с винтовой поверхностью основаны на деформации круглого прутка ввинчиванием его в межвалковое пространство, образованное двумя или тремя вращающимися валками с винтовыми или кольцевыми калибрами. Вращательное и поступательное движения прутка достигаются вращением валков и соответствующим их наклоном к оси прутка. Деформация прутка в этом случае осуществляется в результате изменения формы калибров на валках, постепенно приближающейся к требуемой конфигурации и размерам прокатываемого изделия. Прокатку винтовых изделий с шагом до 10 мм проводят в холодном состоянии, изделия с более крупным шагом прокатывают в горячем состоянии.
Способ поперечно-винтовой прокатки обладает тем преимуществом, что изделие обрабатывается не сразу на протяжении всей длины резьбы, а на участке, постепенно перемещающимся вдоль оси изделия. Таким образом можно получать резьбу на винтах неограниченной длины.
Оборудование для прокатки винтовых профилей условно можно подразделить на два вида:
станы поперечно-винтовой прокатки для длинномерных винтовых деталей без выступов, наружный диаметр, которых превышает внутренний диаметр винтовой поверхности;
станы поперечной прокатки для довольно коротких деталей с винтовой поверхностью, ограниченной с одной или обеих сторон выступами, наружный диаметр которых больше внутреннего диаметра винтовой поверхности (червячные валы нормализованных редукторов).
Рассмотрим наиболее современные станы, созданные ВНИИМЕТМАШем и используемые с высокой эффективностью в промышленности.
Станы поперечно-винтовой прокатки представляют собой автоматизированные машины, основными конструктивными узлами которых являются: 3-валковая рабочая клеть, привод с комбинированным редуктором, механизмы загрузки и выгрузки, нагревательная индукционная установка для случаев горячей прокатки^ системы технологической смазки и охлаждения.
882
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Станы горячей прокатки роторов. Наиболее трудоемкими деталями современных винтовых компрессоров являются винтовые пары - роторы, представляющие собой многозаходные винтовые поверхности со сложным торцевым профилем (симметричным или асимметричным). Наружные диаметры роторов 80 - 630 мм. Трудоемкость изготовления таких деталей традиционными способами (фрезерованием) достигает нескольких часов при коэффициенте использования материала к = 0,3 - 0,4.
Созданные ВНИИМЕТМАШем специализированные прокатные станы [7, 10] позволяют прокатывать роторы винтовых компрессоров диаметром 125 и 200 мм с припуском под чистовое фрезерование. Экономия металла при этом достигает 35 %. Прокатка осуществляется в горячем состоянии, операции загрузки и выгрузки полностью автоматизированы. На станах предусмотрен выносной нагрев заготовки с последующей подачей ее на ось прокатки специальным механизмом. Подача заготовки в валки выполняется толкателем, установленным в комбинированном редукторе. Технические характеристики станов приведены в табл. 8.21.6.
Конструктивной особенностью новых станов является наличие мощного гидравлического толкателя для прокатки шеек заготовок роторов с подпором. Обе шейки заготовок прокатываются последовательно с одного нагрева при повороте заготовки на 180°.
Специализированный стан для прокатки длинномерных ротор о в (2100 мм) в и нто в ых забойных двигателей. На стане можно прокатывать как сплошные, так и полые роторы диаметром 125 мм. Основная конструктивная особенность стана - наличие тянущего устройства, позволяющего регулировать качество прокатанных роторов по точности шага. В этом устройстве имеется шаговый захват и стабилизирующая шестерня, позволяющая точно делить прокатываемую заготовку и подавать ее в валки со скоростью, синхронной с вращающимися валками.
Нагрев заготовок осуществляется со скоростью 0,6 - 0,7 м/мин, т.е. со скоростью прокатки. Все операции на стане механизированы. Прокатанные роторы имеют окончательные размеры и дальнейшей обработки профиля резанием не требуется. На стане предусмотрены полуавтоматический и автоматический режимы работы.
8.21.6. Технические характеристики станов горячей прокатки роторов винтовых компрессоров
Параметр	Стан	
	ЗГПР-125	ЗГПР-200
Размеры ротора, мм:		
диаметр	100 - 125	200
длина	300 - 700	300 - 700
высота профиля	25	40
Размеры рабочих валков, мм:		
диаметр	280 - 320	400 - 500
ширина	336	500
Максимальная сила воздействия металла на валки, кН	50	100
Максимальный вращающий момент на валке, кН • м	10	30
Частота вращения валков, мин*1	28,2	29,0
Максимальный угол подачи, °	± 6	
Мощность главного привода, кВт	100	250
Производительность стана, шт./ч	20	12
Габаритные размеры стана в плане, мм	7500 х 6200	9800 х 7100
Масса стана, т	40	60
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ ВИНТОВЫХ ПРОФИЛЕЙ
883
Техническая характеристика стана для прокатки роторов винтовых забойных двигателей
Размеры прокатываемого ротора, мм: диаметр................... 125
длина................. 2100
высота профиля......... 9,8
Размеры рабочих валков, мм: диаметр................ 285
ширина................. 300
Максимальная сила действия металла на валки, кН....... 40
Максимальный вращающий
момент на валке, кН * м... 10
Максимальный угол подачи, °	±6
Частота вращения валков, мин-1	12 - 25
Тип нагрева............... Индукцион-
ный Скорость нагрева заготовки, м/мин...................... 0,5	- 0,7
Производительность стана, шт./ч...................... 10
Мощность двигателя главного привода, кВт.............. 120
Габаритные размеры стана в плане, мм................. 15 400	х 6100
Масса стана, т............ 56,0
Специализированный стан для прокатки червяков с модулем 5 мм. Наиболее эффективно станы поперечно-винтовой прокатки используют при изготовлении деталей с окончательными по профилю размерами. Так, на Крюковском вагоностроительном заводе эксплуатируется стан для прокатки червяков с модулем 5 мм, используемых в тормозных системах. На стане прокатывают метровые штанги с червячным профилем с последующей разрезкой на отрезки мерной длины, к которым приваривают сваркой трением хвостовые части. Конструктивная особенность стана - возможность разведения одновременно трех валков, кинематически связанных между собой. Кроме того, для точного развода осей валков на стане применены специальные микрометрические винты, позволяющие контролировать угол подачи с точностью до одной минуты.
Техническая характеристика стана для прокатки винтов и червяков с модулем 5 мм
Размеры прокатываемых червяков, мм:
диаметр................. 70
длина................... 1000
шаг..................... 15,708
Размеры прокатываемых вин-
тов, мм: диаметр................. 44
длина.................. 1000
шаг.................... 12
Максимальная сила действия металла на валки, кН........ 30
Максимальный вращающий момент на валке, кН • м...... 4
Угол подачи, °............. ± 6
Частота вращения валков, мин*1 60 Скорость прокатки, м/мин  1,0 Максимальные размеры валка, мм: диаметр.................... 170
ширина.................. 200
Передаточное число комбинированного редуктора......... 12
Мощность двигателя главного привода, кВт  ............. 110
Частота вращения вала электродвигателя, мин*1........ 750
Мощность высокочастотного генератора, кВт............ 250
Масса стана, т............. 21,5
Габаритные размеры стана в плане, мм.................. 8500	х 5515
Стан для холодной поперечно-винтовой прокатки длинномерных винтов высокой точности. Наиболее эффективной эта технология может быть в тех случаях, когда не требуется дальнейшей термической обработки и обработки резанием (например, грузовых винтов автоподъемников с трапецеидальной резьбой 48 х 6). Спроектированный и изготовленный во ВНИИМЕТМАШе 3-валковый стан предназначен для холодной прокатки винтов диаметром 30 - 65 и шагом резьбы до 10 мм, длиной до 3 м.
Отличительная особенность этого стана -рабочая клеть повышенной жесткости. Для точного ориентирования заготовки по оси прокатки и для удержания прокатываемого винта от изгиба оси на каждой оправке узлов рабочих валков с входной и выходной сторон рабочей клети стана устанавливают центрирующие и направляющие ролики.
Техническая характеристика стана для холодной прокатки длинномерных винтов Размеры прокатываемых винтов,
мм: диаметр...................... 30 - 65
длина..................... 3000
шаг....................... До 10
Максимальная сила	прокатки, кН 40
Максимальный вращающий момент на валке, кН -	м.. 4
Угол подачи, °............... ± 6
Максимальные размеры валков, мм: диаметр...................... 240
ширина.................... 140
Частота вращения валков, мин*1 ...	10 - 30
Посадочный диаметр оправки, мм 90 и 140
884
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Мощность двигателя главного привода, кВт.................... 45
Передаточное число комбинированного редуктора............... 33
Масса, т...................... 21,7
Габаритные размеры стана в плане, мм:
ширина..................... 2500
длина...................... 9700
Поперечная реверсивная прокатка - способ прокатки червячных валов с буртами. Прокатка ведется с изменением межцентрового расстояния валков с реверсированием привода их вращения для удержания заготовок в определенной зоне прокатки. При этом оси валков располагаются параллельно оси прокатки, т.е. угол подачи равен нулю [8].
Отличительная особенность станов для горячей прокатки червячных валов - совмещение процесса прокатки с термической обработкой профиля. После прокатки червячный вал возвращается в зону нагрева (в индуктор) для подогрева до температуры закалки и далее
направляется в закалочную ванну для охлаждения.
Созданы три типоразмера станов горячей прокатки червячных валов нормализованных редукторов, технические характеристики которых приведены в табл. 8.21.7.
Преимущества винтовой прокатки. Для винтовых изделий, изготовленных прокаткой, характерна более высокая прочность рабочей поверхности (по сравнению с винтами, изготовленными резанием), что обеспечивает повышение несущей способности и износостойкости изделия.
Наружные слои металла приобретают структуру волокон, ориентированных по профилю и уплотненных по впадине. Твердость наружных слоев в 1,4 - 1,5 раза превышает твердость* наружной поверхности заготовки. Срез резьбы у прокатанных винтов происходит при срезающей силе на 20 - 25 % превышающей разрушающую силу для нарезанной резьбы. Прочность при усталостном симметричном цикле выше в 2,2 раза, а при усталостном переменном растяжении - в 2,6 раза.
8.21.7. Технические характеристики станов для горячей прокатки червячных валов нормализованных редукторов
Параметр	Модель стана		
	ЗГПЧ-20	ЗГПЧ-25	ЗГПЧ-35
Червячный вал (размеры, мм): модуль	2 - 4	3 - 5	5 - 8
наибольшая длина прокатываемой части	80	120	160
Размеры валков, мм: диаметр	100 - 160	150 - 220	170 - 256
наибольшая ширина	90	120	160
Максимальная сила действия металла на валки, кН	.2,0	2,5	3,5
Наибольший вращающий момент на валке, кН  м	2,5	3,0	4,0
Мощность привода вращения валков, кВт	50	67	85
Масса стана, т	16	19	23
Габаритные размеры стана, м: длина	7	7	7,5
ширина	6	6,3	6,5
высота	2,2	2,4	2,5
8.21.12. СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОРОТКИХ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ В ВИНТОВЫХ КАЛИБРАХ
Назначение станов. Станы для горячей и холодной прокатки коротких тел вращения (ПКТВ) являются 2-валковыми и предназначены для изготовления из круглого прутка сплошных заготовок и изделий различной
формы и назначения способом прокатки в винтовых калибрах (рис. 8.21.22).
Точность изделий, прокатанных на станах ПКТВ, составляет 12 - 16 квалитет в зависимости от основных технологических параметров процесса и возможностей прокатного оборудования.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОРОТКИХ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ В ВИНТОВЫХ КАЛИБРАХ
885
Производительность станов определяют по формуле
Лер = 60^ л Z, (8.21.1) тде Ncp - средняя производительность стана, шт./ч; к - коэффициент использования стана по времени; к = 0,7 - 0,85; п - частота вращения валков, мин’1; z - число заходов винтовых валков.
В настоящее время ввиду применения многозаходных валков (особенно при прокатке шаров), производительность станов ПКТВ составляет 2 - 120 тыс. шт./ч в зависимости от марки прокатываемого материала, длины и диаметра изделия и технических требований к нему.
При замене металлорежущих станков и прессового оборудования на станы ПКТВ производительность обработки повышается соответственно в 10 - 40 раз и в 2 - 8 раза, а расход металла снижается соответственно на 15 - 30 и 10 - 15 %.
Типы коротких тел вращения. Среди многообразия коротких тел вращения, которые целесообразно изготовлять на станах ПКТВ, следует выделить (рис. 8.21.23):
шаровые заготовки и изделия: мелющие шары для помола цемента, угля, руды и ферритов; заготовки подшипниковых шаров;
медные, никелевые и цинковые шаровые аноды; шары под безоблойную и малооблой-
ную штамповку; шары для электромагнитных фильтров; охотничью и техническую дробь;
цилиндрические заготовки и изделия: игольчатые ролики для подшипников, заготовки штифтов, пальцы и стержни, в том числе для тонкого помола цемента;
чечевичные заготовки под штамповку и раскатку;
профильные цилиндрические тела: профильные оси для цепей конвейеров, периодический прокат для обработки на металлорежущих автоматах, шипы для автомобильных колес и т.д.
Изготовление стальных изделий, диаметр которых до 12 мм, осуществляют холодной прокаткой, диаметром более 12 мм - горячей. Изделия из цветных металлов диаметром до 40 мм можно изготовлять холодной прокаткой.
Холодной прокатке подвергают стали марок: 08кп - Ст35, 12А - 20А, 10Х - 20Х, П1Х15, У8 - У12А, а также цветные металлы: медь, алюминий, латунь, цинк, никель и т.д. Горячей прокаткой получают изделия из всех металлов и сплавов, которые могут быть обработаны давлением в горячем состоянии.
Изделие относится к короткому телу (его можно прокатывать на стане ПКТВ), если его длина L удовлетворяет условно
L < О,36Д>,	(8.21.2)
где - диаметр валков.
886
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.21.23. Типовые короткие тела вращения, подвергаемые прокатке в винтовых калибрах: а - шар; б - цилиндр; в - чечевица; г - ось; д - гантель; е - звено цепи; ж - автомобильный шип
Изделия, предназначенные для прокатки на станах ПКТВ, должны иметь цилиндрическую опорную поверхность Lq, протяженность которой больше 0,5Z (см. рис. 8.21.20), что обеспечивает устойчивое движение полуфабриката в калибре, образованном винтовыми валками и рабочими линейками.
Оборудование станов ПКТВ. Станы этого типа принципиально отличаются от 2-валковых станов поперечной прокатки (например, от резьбонакатных и клиновых) наличием у них угла разворота валков на угол подачи, что позволяет получать способом осевой прокатки штучные изделия из круглой прутковой заготовки. На рис. 8.21.24 и 8.21.25 приведены
типовые планировки расположения оборудования станов ПКТВ.
В зависимости от способа загрузки заготовки на ось прокатки станы подразделяют на станы с боковой и торцевой загрузками. Оба типа станов широко используют как при горячей, так и холодной прокатке.
Станы конструкции ВНИИМЕМАШ для прокатки шаров. Наиболее широкими технологическими возможностями обладают шаропрокатные станы (ШПС), созданные во ВНИИМЕТМАШе (табл. 8.21.8). Они оборудованы системами гидравлики, пневматики, смазки и электрооборудования.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОРОТКИХ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ В ВИНТОВЫХ КАЛИБРАХ
887
Рис. 8.21.24. Схема расположения оборудования стана холодной прокатки с торцевой загрузкой заготовки:
1 - рабочая клеть; 2 - шпиндельное устройство; 3 - комбинированный редуктор; 4 - загрузочное устройство
Рис. 8.21.25. Схема расположения оборудования шаропрокатного стана с боковой загрузкой заготовки:
1 - участок нагревательной печи со столом загрузки заготовок;
2 - подводящий рольганг со столом боковой загрузки заготовок;
3 - шаропрокатный стан (например, ШПС 40-80 или ШПС 40-100, или ШПС 80-125);
4 - закалочное устройство с транспортером подачи шаров;
5 - бункеры для хранения шаров
8.21.8. Технические характеристики шаропрокатных станов конструкции ВНИИМЕТМАШ»
Параметр	Стан		
	ШПС 4-10	ШПС 10-25	ШПС 20-50
Размеры прокатываемых изделий, мм:			
диаметр	4 - 10	10 - 25	20 - 50
длина	4 - 70	10 - 80	20 - 110
Температура прокатки, °C	-	950 - 1000	950 - 1050
Длина заготовки, м	Проволока	2,5 - 3	3 - 5
Размеры валков, мм:			
диаметр (max / min)	200 / 180	220 / 180	300 / 280
длина (max)	250		330
Частота вращения валков, мин’1	100, 125,	150, 180	100, 135, 180
Угол, °:			
подачи		0 - 6	
раскатки		-1 - +1	
Мощность главного двигателя, кВт	30	55	160
Размеры стана в плане, м:			
длина	2,2	2,2	2,6
ширина	9,0	4,5	10,0
Масса стана, т	10	15,6	25
888
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Главным двигателем ШПС является двигатель постоянного или переменного тока. Двигатель постоянного тока более предпочтителен, так как обеспечивает оптимальные производительность (режимы прокатки) и более полное использование технологических возможностей стана.
Отличительными особенностями рабочих клетей станов ШПС является наличие для каждого валка механизмов поперечного, осевого и углового (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) регулирования валков и вертикального перемещения верхней линейки. Кроме того, в цепь вращения одного из валков установлена специальная муфта для настройки совпадения заходов винтовых ручьев прокатных валков.
Станы ШПС конструкции ВНИИМЕТ-МАШа - ЭЗТМ (табл. 8.21.9). Горячая прокатка коротких тел вращения диаметром 25 - 125 мм осуществляется на станах, выпускаемых Электростальским заводом тяжелого машиностроения (ЭЗТМ). Конструкция ШПС разработана ВНИИМЕТМАШем и ЭЗТМ. В станах предусмотрена боковая загрузка, и в зависимости от стороны загрузки стан выполняют в правом или левом исполнении.
Современные модификации рабочих клетей этих станов выполняют с двумя нажимными винтами (ШПС 40-100) и откидывающейся крышкой, что значительно облегчает настройку винтовых калибров. В качестве главного двигателя используют двигатель постоянного тока.
Эти станы полностью механизированы и автоматизированы.
8.21.9. Технические характеристики шаропрокатных станов конструкции ВНИИМЕМАШа и ЭЗТМ
Параметр	ШПС 20-60		ШПС 40-80		ШПС 40-100		ШПС 80-125	
Размеры изделий, мм: диаметр длина	20 - 20 -	- 60 115	40 - 30 -	80 165	40 - 30 -	100 200	80 - 60 -	125 250
Температура прокатки, °C	900 -	1050	950 -	1100	950 -	1100	1000	- 1100
Длина заготовки, м	3 -	- 5	3,5	- 6	4 -	- 6	3,5	- 6
Размеры валков, мм: диаметр (max / min) длина (max)	350 / 310 300		480 / 430 420		560 / 520 500		690 / 650 600	
Частота вращения валков, мин*1	100 -	 180	80 -	130	75 -	130	55 	- 85
Угол, °: подачи раскатки	0 -	 7		-1 -	0 - + 1	8		
Мощность главного двигателя, кВт	250		630		750		900	
Габаритные размеры стана в плане, м: ширина длина	3,7 12		4,5 14		4,5 15		5,4 19,5	
Практическая производительность N при прокатке шаров различных диаметров d	d, мм 20 30 40 50 60	7V, т/ч 1,0 2,2 3,2 3,4 4,0	d, мм 40 50 60 70 80	Ny т/ч 5,4 6,2 7,9 6,5 9,7	d, мм 40 60 80 90 100	7V, т/ч 5,4 7,9 9,7 12,7 16,2	d> мм 40 80 100 НО 125	N, г/ч 10,5 13,0 14,0 16,5 20,8
Масса стана, т	32		80		100		150	
8.21.13. АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЬЦЕВЫХ И ВТУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Во ВНИИМЕМАШе разработан новый технологический процесс, основанный на прокатке в винтовых калибрах разнообразных
втулочных и кольцевых изделий со сложным профилем наружной поверхности. В качестве исходной заготовки при прокатке используют горячекатаный круг из углеродистых, низколегированных и подшипниковых сталей.
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЬЦЕВЫХ И ВТУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
889
Технологический процесс прокатки различных изделий (рис. 8.21.26) включает следующие операции:
раскрой металла на мерные прутковые заготовки (выполняется, как правило, в заготовительных цехах машиностроительных заводов);
нагрев полученных заготовок;
прошивку гильз на 2-валковом стане;
формообразование из полученных гильз в винтовом калибре 3-валкового стана (на оправке) заготовок втулок или колец;
охлаждение прокатанных изделий и их пакетирование.
По этой технологии на созданных в России трех агрегатах прокатывают два вида изделий:
профильные трубы длиной 2000 -2600 мм с наибольшим наружным диаметром D3 = 60 - 70 мм и диаметром отверстия d3 = = 30 - 35 мм, представляющие собой последовательность заготовок длиной Lj = 50 - 80 мм, соединенных перемычками толщиной и длиной 4 - 5 мм (после охлаждения профильные трубы разрезаются по перемычкам на специализированных дисковых труборезах);
штучные заготовки с размерами: D3 = 65 -105 мм, d3 = 35 - 75 мм и Д = 20 - 60 мм,
получаемые в результате разделения исходной заготовки (гильзы) в 3-валковой клети.
Точность размеров изделий каждого вида характеризуется допусками (табл. 8.21.10).
Оборудование агрегата для прокатки профильных труб (агрегат I, см. табл. 8.21.11 и рис. 8.21.27):
газовая печь 1 с наклонным подом, обеспечивающая нагрев прутковых заготовок диаметром 60 - 72 и длиной 800 - 1000 мм до температуры 1200 - 1250 °C и их поступление на отводящий от печи рольганг с интервалом 45 - 60 с;
2-валковый прошивной стан 2 с осевой выдачей гильз;
3-валковый формовочный стан 3 для прокатки труб на плавающей оправке; стан оборудован комплектом механизмов для приема труб из клети, извлечения оправки в линии стана (ввиду быстрого остывания профильной трубы), передачи труб на холодильник, а оправок - на обводную линию;
холодильник 4 прокатанных труб;
механизмы обводной линии 5, служащие для охлаждения оправок, их смазывания и возврата на входную сторону стана;
транспортно-передающие устройства 6.
Рис. 8.21.26. Прокатаные заготовки втулочных и кольцевых изделий
8.21.10. Допуски размеров кольцевых и втулочных изделий
Вид проката	Допуск размера, мм		
	А	Уз	
Профильная труба	±0,6	±0,5	-1,0 - +0,4
Штучная заготовка	±0,5	-1,0	±0,4
890
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
8.21.11. Технико-экономические показатели агрегатов
Показатель
Масса прокатного оборудования, т
Мощность главных двигателей прошивного и формовочного станов, кВт
Производительность:
за горячий час, шт./ч
среднегодовая (при двухсменном режиме работы), млн. шт./год
Численность производственной бригады, обслуживающей агрегат (без печи), чел./смена
Агрегат
I	!Г
80 - 100	260
500
1800 - 2000
До 5,5
3
2500
3000 - 7000
До 18,0
4
Рис. 8.21.27. Планировка агрегата I для прокатки профильных труб
Прокатные агрегаты для производства велосипедных втулок, спроектированные по приведенной схеме, установлены на Харьковском велосипедном и Саранском механическом заводах. Заготовки велосипедных втулок имеют профильную, многоступенчатую наружную поверхность диаметром 60 и длиной 80 мм.
Агрегат для прокатки штучных заготовок (агрегат II см. табл. 8.21.11), установленный на ГПЗ-1, используют для выпуска заготовок колец подшипников из высоколегированной стали ШХ15 (ГОСТ 801-78). Применение этой стали определило включение в состав агрегата следующего оборудования (рис. 8.21.28):
проходной индукционной печи Z, нагревающей прутковые заготовки диаметром 75 -115 и длиной 800 - 1300 мм до температуры 1100 - 1120 °C и обеспечивающей их выдачу на отводящую решетку с интервалом 40 - 60 с;
2-валкового прошивного стана 2 с осевой выдачей гильз;
3-валкового формовочного стана 3, прокатывающего заготовки на удерживаемой в очаге деформации водоохлаждаемой оправке;
холодильника 4, обеспечивающего охлаждение заготовок и их пакетирование в кассеты;
транспортно-передаточных устройств 5.
На агрегате производят заготовки двадцати типоразмеров для наружных и внутренних колец подшипников диаметром 65 - 105 и длиной 20 - 60 мм.
Агрегат II для производства наиболее технологичных штучных заготовок. Прошивной стан агрегата имеет механизмы, традиционно используемые в трубопрокатных установках:
прошивную рабочую клеть, в станине которой располагаются собранные с подушками в барабанах валки диаметром 530 - 480 и длиной 400 мм (частота вращения валков 150 мин*1; радиальное регулирование валков
АГРЕГАТЫ ДЛЯ ПРОКАТКИ КОЛЬЦЕВЫХ И ВТУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
891
в горизонтальной плоскости и их установку на требуемое расстояние от оси прокатки осуществляют нажимными устройствами с приводом от электродвигателей; валки на угол подачи (О - 10°) устанавливают винтовыми механизмами), а также верхнюю и нижнюю линейки;
привод валков рабочей клети, состоящий из синхронного двигателя (2V = 1250 кВт, п = = 500 мин'1), комбинированной шестеренной клети и шпинделей; между шестеренной и рабочей клетями находится желоб, в который по решетке передаются нагретые прутковые заготовки; в валки заготовки подаются толкателем, встроенным в корпус шестеренной клети;
3-роликовые центрователи с замкнутой рычажной системой и упорно-регулировочный механизм с откидывающейся упорной головкой; подающие ролики, а также отводящий рольганг.
Центрователи обеспечивают фиксацию прошивного стержня в процессе прокатки гильзы и предотвращают его предельный изгиб; упорно-регулировочный механизм воспринимает осевую силу, действующую на прошивную оправку и стержень в процессе прокатки, обеспечивает регулировку положения оправки в очаге деформации и подачу в нее охлаждающей воды.
Все механизмы формовочного стана агрегата II расположены на входной стороне, кроме устройства для отбраковки концевых неоформленных изделий.
Рабочая клеть стана. В ее разъемной станине три валка (диаметром 270 - 360 и длиной 400 - 470 мм), собранные с подушками
в барабанах. Валки регулируются в радиальном и осевом направлениях для образования винтового калибра, а также для осуществления процесса прокатки изделий разворачиваются на угол подачи - 0 - 8°.
Привод стана состоит из синхронного двигателя (N = 1250 кВт, п = 500 мин'1), редуктора и шестеренной клети, обеспечивающих при переключении соединяющих их муфт три скорости вращения валков: 197, 276 и 336 мин'1. В состав привода входят также трансмиссионные валы и шпиндели.
В зоне между шестеренной и рабочей клетями находятся (рис. 8.21.29): желоб 1 с прижимом для приема и фиксации гильзы, 4-роликовый механизм 2 для подачи закрепленной на стержне оправки 3 в очаг деформации I и ее возврата (по окончании прокатки очередной гильзы) в исходное положение II, упорно-рехулировочный механизм -4, обеспечивающий фиксацию стержня с оправкой в процессе прокатки и подачу в него охлаждающей воды; толкатель для подачи гильзы в валки рабочей клети.
На входной стороне стана расположены механизмы, служащие для сброса (из положения II) в карман 6 стержня с изношенной оправкой и подачи нового инструмента с реечного стеллажа 7 с помощью каретки 5. Замена изношенной оправки занимает менее 1 мин.
Высокопроизводительный процесс прокатки полых заготовок экономически эффективнее, чем их изготовление резанием из гладких труб, а при необходимости производства заготовок со сложным многоступенчатым профилем новый процесс оказывается эффективнее горячей штамповки.
892
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
Рис. 8.21.29. Схема расположения основных механизмов формовочного стана
В 1998 г. в США (штат Северная Каролина) на заводе фирмы "Тимкен" сдан в эксплуатацию созданный в России автоматизированный агрегат для прокатки штучных колец подшипников с наружным диаметром 55 -112 мм.
8.21.14. СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
Колесопрокатный стан (цех, комплекс) предназначен для поточного производства цельнокатаных железнодорожных колес различного диаметра.
Цехи для производства железнодорожных колес. В СНГ имеются три таких цеха со среднегодовой производительностью приблизительно 550 тыс. шт. каждый, поэтому СНГ -крупнейший в мире производитель железнодорожных колес. Производство цельнокатаных железнодорожных колес организовано также более чем в двадцати странах (помимо стран СНГ), причем в некоторых из них, например в США, ФРГ, Великобритании, Франции и Канаде колеса изготовляют на нескольких предприятиях. Так, высокоорганизованным производством является колесопрокатный цех завода фирмы "Сумитомо метал индастриз" (Япония), оснащенный оборудованием фирмы "Шлеманн" (Германия) с годовой производительностью до 400 тыс. колес.
Головной российский разработчик и поставщик оборудования для цехов, производящих колеса - АО "Уралмаш".
Цехи различаются по мощности, степени механизации и автоматизации как основного, так и отделочного оборудования. Последний по срокам ввода в эксплуатацию является колесопрокатный цех Выксунского металлургического завода в Нижегородской области (рис. 8.21.30). В номенклатуре цеха - вагонные и локомотивные колеса диаметром 950 - 1250 мм.
Оборудование горячего передела, начиная с подачи заготовок к нагревательным печам и кончая печами изотермической выдержки, скомпановано в единую технологическую поточную линию, обеспечивающую при трехсменной работе номинальную производительность, составляющую сто колес в час. Все остальное оборудование цеха рассчитано на непрерывную работу в пределах одного участка либо его части и получает заготовки или колеса с промежуточных складов.
Технологическое оборудование цеха позволяет получать черновые колеса с высокой степенью точности геометрии колеса.
Исходный материал - двенадцатигранные с прибыльной частью, слитки типа ромашка диаметром 485 - 590 и длиной до 2800 мм; из среднеуглеродистой низколегированной стали, специально разработанной для производства железнодорожных колес. Масса слитков 2,5 -4,0 т.
Технологическая часть комплекса состоит из отделений:
подготовительного с участками: 1 (см. рис. 8.2Г.30) - подготовки слитков (их раскрой, ремонт и надрезка); 2 - ломки слитков; 3 - сортировки заготовок;
Рис. 8.21.30. Планировка цеха для производства железнодорожных колес
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС	893
894
Глава 8.21. ДЕТАЛЕПРОКАТНЫЕ СТАНЫ
прессопрокатного с участками: 4 - подачи заготовок к кольцевым нагревательным печам; 5 - кольцевых нагревательных печей; 6 - собственно прессопрокатки, где заготовки, подвергаясь горячей деформации, превращаются в черновые колеса; 7 - печей изотермической выдержки колес;
отделения механической обработки колес с участками: 8 - стендов осмотра и ремонта черновых колес; 9 - механообработки колес;
отделения термической обработки колес с участками: 10 - кольцевых печей для нагрева колес под закалку; 11 - закалочных машин; 12 - отпускных печей;
отдельных самостоятельных участков комплекса: 13 - камер дробеметной очистки от окалины; 14 - дополнительной механической обработки колес; 75 - стендов осмотра чистовых колес; 16 - склада готовой продукции.
Технологическая последовательность обработки цельнокатаных железнодорожных колес и применяемое оборудование. На участке подготовки слитков осуществляется осмотр поверхности слитка, и далее, надрезка (раскрой) его на заготовки на слиткоразрезных станках.
Слиткоразрезные станки - 4-суппортные, каждый суппорт оснащен несколькими резцедержателями. Станки оборудованы циркуляционной системой подачи эмульсии и механизированной системой уборки стружки. За 7-часовую смену один станок надрезает шестнадцать - восемнадцать колесных слитков. Управление станками осуществляется в полуавтоматическом режиме.
Надрезанные слитки поступают на участок ломки слитков и сортировки колесных заготовок, где смонтированы две поточные линии с горизонтальными гидравлическими прессами - слитколома-телями. Процесс по разделению слитка на заготовки механизирован, ряд операций автоматизирован. Головную и донную части слитка удаляют из потока, заготовки в линии контролируют и затем подают на комплектовочный стеллаж. При необходимости заготовки подвергают ремонту и маркируют.
В прессопрокатном отделении на участке подачи заготовок к нагревательным печам смонтированы две линии самоходных электрических тележек, несущих по пять желобов каждая, в которые укладываются заготовки. После установки желоба по оси шагового конвейера заготовки поочередно сбрасываются на него гидротолкателем.
На участке нагревательных печей установлены две кольцевые печи с вращающимся подом диаметром 30 м, в которых заготовки проходят последовательный или параллельный нагрев до температуры горячей деформации (1270 - 1290 °C). Оборудование участка обеспечивает подачу холодных заготовок как к первой, так и ко второй печи - при парал
лельной их работе - или передачу заготовок, подогретых в первой по ходу технологического потока печи, ко второй - при последовательной их работе.
По фронту загрузочных и выгрузочных окон печей расположены: подающий заготовки шаговый конвейер и транспортные рольганги, в линии которых напротив окон установлены подъемные столы. Для посадки заготовок в печь и выгрузки их из печи смонтированы пневмоэлектрические загрузочно-выгрузочные машины-тележки с клещевыми захватами, перемещающиеся по установленному на эстакаде рельсовому пути.
Управление всеми механизмами участка может осуществляться с постов управления. При автоматической работе ручное управление сохраняется только для выгрузочной машины.
Участок нагревательных печей и прессо-прокатный участок соединяются транспортным рольгангом. В линии рольганга установлена камера гидросбива окалины с поверхности заготовок, в которой, над и под роликами рольганга, установлены коллекторы со специальными соплами. Через эти сопла на заготовку подается вода под давлением до 20 МПа. Время прохождения заготовки сквозь камеру регулируется в пределах 2 - 5 с.
Прее с ы . Предварительная осадка заготовки на 30 - 40 % первоначальной высоты в гладких плитах производится на прессе с силой прессования 20 МН. Металл, при этом, уплотняется и упрочняется, а также сдувается окалина, опавшая при деформации с боковых поверхностей.
На втором прессе с силой прессования 50 МН заготовку осаживают гладкими плитами в плавающем калибровочном кольце, затем калибровочное кольцо специальным механизмом центрируют. Одновременно рычажным механизмом подводят пуансон и вторым ходом пресса осуществляют разгонку металла из центра в периферийную зону заготовки.
На третьем прессе с силой прессования 100 МН происходит формовка колесной заготовки с получением окончательных размеров ступицы колеса и прилегающей к ступице части диска и проработкой металла обода. Перед формовкой специальным механизмом осуществляют центровку заготовки.
После прокатки на стане выгибку диска, калибровку колеса и прошивку центрального отверстия осуществляют на четвертом прессе двойного действия с силой прессования 35 МН.
Прессы и стан связаны между собой приводными рольгангами. В начале и в конце каждого рольганга установлены специальные манипуляторы-перекладчики, которые подают заготовки в рабочее пространство прессов и стана, а также убирают обработанную заготовку, укладывая ее на рольганги.
СТАНЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ КОЛЕС
895
Все четыре пресса выполнены одноцилиндровыми с верхним приводом. Подвижные траверсы снабжены регулируемыми направляющими втулками, что дает возможность поддерживать достаточно высокую точность перемещения траверс и соосность верхнего и нижнего полуштампов. Оперативное регулирование их соосности обеспечивается специальным 4-клиновым механизмом, расположенным в столе пресса и несущим на себе штамподержа-тель с полуштампом. Столы прессов во время работы неподвижны. В нижней части станины установлен выталкиватель, который выдает заготовку из нижнего полуштампа. На прессе с силой прессования 100 МН установлен выталкиватель и в верхнем штамподержателе. Каждый из четырех прессов оборудован системой охлаждения и смазывания штампов, а также системой смыва окалины.
Питание цилиндров прессовых установок осуществляется от общей насосно-аккумуляторной станции. Рабочая жидкость - 1 % эмульсия, максимальное давление 32 МПа. Вспомогательные машины, имеющие гидропривод, выполнены с аккумуляторным масляным приводом. Рабочее давление 6,3 МПа. Транспортные рольганги имеют посекционный групповой электромеханический реверсивный привод.
Управление всеми движениями подвижных траверс прессов осуществляется вручную, дистанционно - с пульта управления. Все другие механизмы прессовых установок работают в автоматизированном режиме.
После формовки на третьем прессе заготовку передают на колесопрокатный стан, где выполняют выкатку гребня, поверхности катания обода колеса и раскатку обода по диаметру.
Колесопрокатный	стан
(6-валковый) осуществляет раскатку колеса в горизонтальном положении и состоит из неподвижной станины, двух наклонных приводных валков с механизмами для их установки и регулирования, двух нажимных валков с механизмами для их перемещения к оси раскатки, подвижной каретки с двумя главными (коренными) приводными валками.
Техническая характеристика колесопрокатного стана
Общее число валков.............. 6
Из них число валков: наклонных приводных...... 2
нажимных.................. 2
коренных.................. 2
Наклонные валки:
диаметр, мм.................. 220	/ 250
статический момент прокатки, кН • м....................... 25
сила, развиваемая верхним
валком, кН................. 1500
Нажимные валки: диаметр, мм................... 310 / 280
развиваемая сила, кН.......	1500
Коренные валки: диаметр, мм.................... 750	/	280
статический момент прокатки, кН • м...................... 40
развиваемая сила, кН.......	260
Управление колесопрокатным станом -дистанционное с поста управления. При автоматизированной работе стана ручное управление осуществляется только в период подачи заготовки в стан.
В конце прессопрокатного участка перед охладительными конвейерами установлена клеймовочная машина. Она наносит постоянную и переменную (порядковый номер колеса) часть клейма.
Для подачи клейменых колес к охладительным конвейерам и печам изотермической выдержки установлены приводные транспортные рольганги.
В печах изотермической выдержки и отпускных печах установлены цепные конвейеры с подвесными крюками', в начале каждого конвейера на входе в печь размещен навешива-тель, а в конце, на выходе из печи - снима-тель. Навешиватель принимает колесо на транспортном рольганге, расканговывает его в вертикальное положение и навешивает на крюк конвейера. Сниматель выполняет операции в обратном порядке.
После печей изотермической выдержки колеса в стопах по 6 шт. подаются на промежуточный склад для охлаждения.
Обработка черновых колес в отделочной части цеха начинается с контроля их на стендах осмотра. Стенд представляет собой шаговый конвейер, перемещающий колеса в горизонтальной плоскости за каждый шаг на 1600 мм. В начале стенда установлены разборщики стоп, в конце стенда - штабелеры. В рабочих позициях на конвейере колеса осматривают и обмеряют. В линии стенда установлены кантователи колес и подъемно-поворотный стол.
Работа механизмов стенда, используемых при осмотре черновых колес, может выполняться как при ручном управлении с поста, так и в автоматизированном режиме.
Проверенные черновые колеса поступают на участок обработки резанием, где выполняют основную обработку колес (за исключением обработки некоторых элементов ступицы) резанием. Участок состоит из нескольких транспортных поточных линий и ряда высокопроизводительных карусельных полуавтоматов, приспособленных для обработки колес.
896
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Каждая линия состоит из разборщиков стоп, подающего конвейера, убирающего конвейера, штабелеров и системы стружкоудале-ния. Все конвейеры выполнены шаговыми и транспортируют колеса в горизонтальном положении.
Система удаления стружки включает стружкодробилки, скребковые конвейеры с гидравлическими приводами и эстакаду погрузки измельченной стружки в железнодорожный вагон.
В термическом отделении на участке нагревательных закалочных печей установлены две кольцевые печи диаметром 27 м с вращающимся подом. Колеса к печам подают шаговые конвейеры с утопающими упорами, расположенными на тележках, совершающих возвратно-поступательное движение. При этом колесо в горизонтальном положении ступицей вниз перемещается по роликовой дорожке.
Для загрузки колес в печь и выгрузки нагретых колес установлены загрузочно-выгрузочные машины. Конструкция закалочных печей и загрузочно-выгрузочных машин аналогична конструкции нагревательных печей и машин, их обслуживающих.
Колеса, нагретые до 820 °C, передаются от печей к закалочным машинам тележками с канатным приводом. В закалочных машинах производится прерывистая поэлементная закалка колеса в вертикальном положении.
Аналогичными ранее описанным тележками закаленные колеса передаются на рольганг для транспортирования к отпускным конвейерным печам, где они нагреваются и выдерживаются при температуре 400 - 600 °C в течение 2,5 - 3 ч. Охлаждение колес до 100 -150 °C осуществляется в камерах замедленного охлаждения конвейерного типа.
Закалка колес обеспечивает повышение прочности без существенного снижения показателей пластичности. Повышение прочности колес на 10 МПа по данным ВНИИ железнодорожного транспорта обеспечивает увеличение стойкости на 3 %. Удельный пробег колес отечественного производства и колес США составляет соответственно 1,66 и 1,23 тыс. км на 1 кг массы (по данным института черных металлов, г. Днепропетровск).
После отпускных печей колеса передают на дробеметную очистку и на окончательную обработку резанием некоторых элементов ступицы колеса, и далее, на стенды осмотра и приемки чистовых колес, где их осматривают, измеряют, подвергают контролю УЗК, после чего колеса поступают на склад готовой продукции.
Масса оборудования цеха - 20 360 т; установленная мощность электрических машин для привода технологического оборудования -7160 кВт. Расчетная годовая производительность цеха - до 600 тыс. колес или 240 тыс. т колес.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Гутенмахер М. М., Кирпичников Ф. П. Прокатка заготовок спиральных сверл. Производство точных заготовок машиностроительных деталей прокаткой. М.: НИИИнформ-тяжмаш, 1968. С. 338.
2.	Елецкий Г. П., Лузгин Е. Е. Автоматизированный стан для горячей прокатки звездочек // Новая техника, технология, организация производства. Ростов-на-Дону: РостНИ-ИТМ, 1970. Вып. 15. С. 130.
3.	Жаворонков В. А., Жерновков С. П., Барабашкин В. П. и др. Клети рычажной конструкции для поперечно-винтовой прокатки. Черная металлургия: Бюл. ин-та Черметин-формация, 1976. Вып. 22. С. 64.
4.	Жириков Л. Б., Рычков Л. П. Прокатка двухрядных звездочек цепных передач // Станы и агрегаты винтовой прокатки машиностроительных заготовок. М.: ВНИИМЕТМАШ, 1982. С. 87 - 96.
5.	Жучин В. Н., Никитин Г. С., Шварц-барт Я. С., Зуев И. Г. Расчет усилий при непрерывной горячей прокатке. М.: Металлургия, 1986. С. 198.
6.	Закорко Н. П., Левин Е. И., Жерновков С. П. Зависимость площади контактной поверхности, усилия и момента винтовой прокатки сплошных профилей от параметров процесса // Машиностроение: Изв. вузов, 1986. № 10. С. 126
7.	Капитонов И. М. Применение методов прокатки при производстве машиностроительных деталей. Тяжелое машиностроение. 1997, № 5. С. 28 - 31.
8.	Тартаковский И. К., Ермолаев П. И., Самохин В. И. Рабочая клеть стана периодической прокатки осепрокатного агрегата // Ме-таллугическое оборудование: Реф. сб. НИИ-Информтяжмаш, 1978. Вып. 12. С. 38.
9.	Типовой технологический процесс накатки, валки и оборудование для изготовления звездочек цепных передач: РТМ 105-0-045-77. Ростов-на-Дону: РостНИИТМ, 1977. С. 57.
10.	Целиков А. И., Барбарич М. В., Васильчиков М. В. и др. Специальные прокатные станы. М.: Металлургия, 1971. С. 336.
11.	Целиков А. И. Металлургические агрегаты: настоящее и будущее. М.: Металлургия, 1979. С. 142.
12.	Целиков А. И., Гришков А. И. Теория прокатки. М.: Металлургия, 1970. С. 358.
13.	Целиков А. И., Казанская И. И., Сафонов А. С. и др. Поперечно-клиновая прокатка в машиностроении. М.: Машиностроение, 1982. С. 190.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Автоклавы для обескремнивания алюминатных растворов 259
-	для переработки бокситов 256 - Конструкция автоклава, схема автоклавного выщелачивания 257 Автоколебания кристаллизаторов сортовых МНЛЗ -170, 171 - Параметры движения кристаллизатора 170 - 172 - Полоса параметров возникновения автоколебаний 172
Автоматизация моделирования динамических процессов в металлургических машинах 352 - Принцип схемного моделирования - 353
-	процессов вакуумирования - Системы управления, уровни автоматизации 119
-	процессов на сортовых МНЛЗ - Построение автоматизированных систем управления 188 - 190
-	процессов продувки стали порошками 120
-	процессов слябовых МНЛЗ 154 - Верхний уровень автоматизации 158 - Посты управления 158 -Структурная схема управления МНЛЗ 155 - Функциональный состав технологического автоматизирования 157 - Характеристики некоторых систем на базисном уровне 157, 158
-	процессов ЭШП - Комплекс блоков автоматического управления 250, 252 - Применение автоматических регуляторов, схемы на базе микропроцессоров 250
Автомат-стан одноклетьевой продольной прокатки труб на короткой оправке конусной формы - Диаметр валков 619 - Коэффициент динамичности, момент прокатки 622 - Особенности стана, очаг деформации 619 - Параметры зоны, обжатия 622, редуцирования 621, 622 - Привод валков 620 - Рабочая клеть 619 - Удаление оправки 620, 621 - Технические характеристики 620 - Энергосиловые параметры прокатки 623
Автоматы листоштамповочные 302
Агрегат бесслитковой прокатки с валковыми литейными машинами для производства горячекатаных полос из алюминия - Конструкция машин 300, 301 - Схема агрегата 299 - Технологический процесс 300
-	для производства широких полос из алюминия 298 - Оборудование, параметры, схема агрегата 299
Агрегат для антикоррозионной защиты порошковыми эпоксидными материалами наружной поверхности труб диаметром 530 - 1620 мм (фирма "Интертекс", США) - Оборудование, последовательность операций 714, 715
-	диаметром 1020 - 1220 мм (Волжский трубный завод, Россия) - Оборудование, последовательность операций, схема агрегата 715
Агрегат для дегазации металла при вакуумировании 119
-	стали в вакууматорах’ двухстендовых 121, одностендовых 120, 121
Агрегат для изготовления двухслойных свертных паяных труб - Дефекты труб, заключительные операции 704 - Меднение полосы 702 - Непрерывная формовка трубной заготовки 702, 703 - Разрезка труб 704 -Сортамент производимых изделий 702 - Схема формовки ленты в двухслойную трубу - 703
Агрегат для изготовления спирально-шовных труб -Компоновка станов 689, 690 - Основные зависимости величин при формовке трубы 688, 689 - Отделка труб,
29 Зак 108
контроль их качества 695 - Преимущества и недостатки способа 688 - Расчет силовых параметров формовки 691, 692 - Схемы: работы станов 690; формовки трубы 689 - Типы формовочных устройств 690, 691 Агрегат для изготовления спирально-шовных труб сваркой под флюсом - Используемые заготовки 692 - Новая технологическая схема изготовления труб 693, 694 - Разрезка труб на мерные длины 694 - Сварка труб 693, 694 - Сортамент производимых изделий, технические характеристики 692 - Схема: скоростной сварки заготовки технологическим швом 694; технологическая производства труб 693
Агрегат для непрерывной печной сварки труб - Операции технологического процесса 697, 698 - Размеры бунтов 701 - Система регулирования толщины стенки трубы 701 - Технические характеристики агрегатов 700
-	диаметром 6 - 25 мм - схемы расположения оборудования 699, технологическая работы агрегата 700
-	диаметром 15-5 мм - Вспомогательное оборудование 701 - Схема расположения оборудования 699 - Техническая характеристика 700
Агрегат для обработки полосы - Входные участки конструкция 570; пропускная способность 576, 577, состав оборудования 569, типы участков 569, 570, укрупнение рулонов 574 - Выходные участки 574 особенности конструкции оборудования 574, пропускная способность 576, 577
Агрегат для отжига со станом 1400 (КарМК, Казахстан) 543 - Техническая характеристика 544
Агрегат для производства наиболее технологических штучных заготовок - Станы агрегата, прошивной 890, 891, формовочный 891, 892
Агрегат для производства сварных профилей - Состав оборудования 733, 735 - Типы агрегатов 733 - Участок сварки 733, 734
-	зарубежных фирм - Технические характеристики 733, 734
Агрегат комплексной обработки стали АКОС-12 - Выполняемые операции 294
Агрегат линейно-прокатный для производства медной катанки - Особенности 298
-	для производства узких полос из цветных металлов - Оборудование 301, 302 - Параметры агрегата 302 - Схема 301
-	для стального листа - Выбор МНЛЗ для агрегата 284 - Температурные режимы литья и прокатки 288 - Требования к кристаллизатору 284, 285 - См также Кристаллизатор тонкослябовый
-	для стального листа: одноручьевой (баланс энергии) 288, 289, фирмы "Маннеман-Демаг", Германия 285, 286
-	с клетями винтовой и продольной прокатки -конструкция, техническая характеристика 292
-	с литейными машинами роторного типа второго поколения для производства алюминиевой катанки - Оборудование и участки агрегата 296, 297 -Схема 295 - Техническая характеристика 296 - Управление ЛПА 297
-	с планетарно-эксцентриковым станом для цветных металлов 302 - Параметры 305
Агрегат литейно-прокатной сортовой совмещенный -Оборудование для обжатия заготовки 290 - Способы совмещения 289
-	с клетями винтовой прокатки 291
898
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
-	с обжатием непрерывно-литой заготовки с жидкой сердцевиной 289
-	с обжатием полностью затвердевшей заготовки 289, 290
-	с планетарным станом для производства катанки 290 - Преимущества, схема агрегата 291
-	с планетарным станом и МНЛЗ радиального типа - Состав оборудования, схема агрегата 291 Агрегат меднения полосы для паяных двухслойных свертных труб 702, 703 Агрегат нанесения металлических покрытий методом погружения в расплав - Исправление дефектов покрытий 566 - Материалы покрытий, технология их нанесения 564 - Пассивация изделий 566
-	методом электроосаждения - МАтериал и толщина покрытий 566 - Параметры процесса' масса покрытия 566, плотность тока 566, 568 - Подготовка поверхности полосы 568
Агрегат нанесения полимерных покрытий - Декоративная отделка поверхности, схема технологической части агрегата 569 - Оборудование для сушки покрытий 568 - Участки агрегата 555, 568
Агрегат непрерывный горячего цинкования - Способы химико-термической обработки перед цинкованием 566 - Схема агрегата 565 - Технология процесса 564 Агрегат непрерывный закалочно-травильный для полос из коррозионно-стойких сталей - Схема агрегата 563 -Технология травления 562
Агрегат непрерывный разливки тонких слябов фирмы "Ньюкор Стил", США 526
Агрегат непрерывный травления горячекатаных полос из низкоуглеродистых сталей - Конструктивное исполнение узлов травления, способы регенерации кислотных растворов 559 - Конструктивные особенности оборудования 561
-	с глубокими ваннами 559, 560
Агрегат непрерывный травления полос - Конструкция выходного участка 574 - 576
Агрегат прокатки втулочных и кольцевых изделий 888 - Допуски и типы прокатанных заготовок, операции технологического процесса 889
-	профильных труб - Оборудование 889, 890 -Технико-экономические показатели агрегатов 890
-	штучных заготовок (завод ГПЗ-1) - Оборудование прокатного стана 890 - Планировка агрегата 891
Агрегат профилегибочный - Заготовки, сортамент производимой продукции 716 - Оборудование производимой продукции 716, 716
-	для специального настила (массовое производство) 721, 722
-	непрерывного (поштучного) профилирования (конструкции ВНИИМЕТМАШа - СКМЗ) 721
-	комбинированного профилирования универсальный - Сортамент производимых изделий 718 -Состав оборудования 718, 720, 721 - Схема агрегата 719
Агрегат совмещения 20, 525 - Технические характеристики 526
-	для производства горячекатаных полос из тонких слябов 22
-	травильного агрегата с непрерывным станом холодной прокатки 530 - Технические характеристики агрегатов 531
Агрегат сортовой - режущие машины 732, 733
-	для единичного производства гнутых профилей 721
-	для массового производства гнутых профилей 717 - 719
Агрегат с тонкослябовой машиной непрерывного литья
-	Назначение 287 - Схема 284
Агрегат с электродуговым подогревом металла 123 -Оборудование для подогрева и откачивания газов 126
-	Определение химического состава и температуры стали в ковше 125, 126 - Подача: порошка 124, 125;
сыпучих материалов 125 - Управление процессом 126 - Эксплуатация фурм 123, 124
Агрегат травления горячекатаных полос 529
-	полос из легированных сталей и прецезион-ных сплавов - Конструктивные особенности оборудования 562 - Последовательность операций 561, 562
-	полосового проката - Классификация 554
-	полосового проката непрерывный 554, 555, периодического и полунепрерывного действий 555
-	с турбулентной ванной 529, 530
Агрегат трубопрокатный - Ступени деформации, требования к заготовке 608, 609
-	с двухвалковым станом поперечно-винтовой прокатки с приводными направляющими дисками (со станом Дишера) - Годовая производительность 618 - Последовательность операций, расположение оборудования (агрегат 140) 617, 618 - Сортамент производимых изделий 616
-	с короткооправочным станом продольной прокатки - Годовая производительность 613 - Последовательность операций 611, 613 - Состав оборудования, сортамент производимой продукции, типоразмеры агрегатов 611 - Схемы агрегатов 612
-	с непрерывным станом продольной прокатки - Годовая производительность 611
-	с непрерывным продольным станом для раскатки гильз на плавающей оправке 609, 610
-	с непрерывным продольным станом для раскатки гильз на удерживаемой оправке - Сортамент производимых изделий 610
-	с пилигримовым станом - Последовательность операций 616 - Сортамент производимой продукции 614, 615 - Технические характеристики 615
-	с планетарным станом поперечно-винтовой прокатки 618 - Годовая производительность, схема расположения оборудования 619
-	с раскатным станом поперечно-винтовой прокатки - Назначение агрегата, схема расположения оборудования, технические характеристики 616 -Технические характеристики прошивных и раскатных станов 617
-	с реечным станом продольной прокатки -Последовательность операций 613, 614 - Сортамент производимых изделий, схема расположения оборудования 613
-	с трехвалковым раскатным станом Ассела поперечно-винтовой прокатки 618
Агрегат трубоэлектросварочный - Классификация агрегатов 671
-	для изготовления труб большого диаметра -Конструкции машин 675 - 682
-	для изготовления прямошовных труб малого и среднего диаметров - Конструкции машин 682 -688
Агрегат цинкования труб, вертикальный 709, 710, горизонтальный 707 - 709
Агрегат экструзионного нанесения полиэтиленовых покрытий на наружную поверхность труб - Техническая характеристика 712, 713 - Способы нанесения покрытий 712
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
899
Агрегаты: внепечной обработки стали 99, 106, 109; выпрямительные 228; гидрожелобные для бесшовной переработки шлака 60; грануляции чугуна и шлака 66, 67; для обработки стали в ковше порошкообразными реагентами 122, 123; для порционного вакуумирования стали 109; для производства велосипедных втулок 890; для циркуляционного вакуумирования НО, 111; мокрой придоменной грануляции шлака 60; обезжиривания полосового проката 554, 555; редущи-рующие с реверсивными клетями 523, 524
Алюминий - Мировое производство 18 - Производство глинозема: спеканием 259 - 260, способом Байера 256 - 258 - Свойства алюминия 17 - Сырьевая база 255, 256 - Электротермический способ получения оборудование 260, 261; особенности процесса 260, сортамент производимых изделий 261, 262
Аппараты: для выщелачивания спеков 259; дробеструйные для очистки поверхностей труб 705
Аэросепаратор для сухой классификации цинкового огарка 279
Б
Блоки подушек предварительно напряженных клетей сортовых станов - Расчеты 475, 476' деталей 476, 477, деформаций блока 476 - 478
Блюм - Понятие, размеры сечений изделий 359
Блюминг - Сортамент производимых изделий 359, 360 Блюминг-1300 - Нагревательные колодцы 360, 361 -Назначение, схема расположения оборудования 360 -Состав оборудования: для зачистки, резки и уборки проката 363, 364; участка рабочей клети 361 - 363 -Технические характеристики рольгангов 361
Бункеры - Конструкция и назначение затвора 33
-	для ферросплавов 125 - Установка в агрегате 123
-	для утепляющей смеси 123, 125
-	запаса в конвертерных цехах - Способы загрузки 83, 84
В
Вакууматор 109, 165 - Оборудование газоотводящих трактов 114, 115 - Способы погружения патрубков в металл 117
-	ковшевой - Классификация 120 - Оборудование 120, 121
-	многопозиционный - Механизм горизонтального перемещения камер 117, 118
-	порционный - Компоновка газоотводящего тракта 114 - Перемещения патрубка и камеры 117
- циркуляционный - Компоновка газоотводящего тракта 114 - Конструкция ПО - Перемещения патрубка и камеры 117
Вакуумирование ковшевое - особенности процесса 119 - окислительное - сущность процесса 118 - порционное - Сущность и схема процесса 109 - циркуляционное 109 - Параметры и схема процесса НО
-	циркуляционное с вдуванием порошка через фурму для кислорода 118, 119
Вакуум-камера - Конструкция корпуса 111 - Лопастной дозатор 114 - Оборудование для откачивания газов 116, 117 - Погружные патрубки 112 - Состав оборудования тракта для подачи сыпучих материалов 112, 113 - Способы снижения тепловых потерь 115 -Средства для разогрева футеровки 115, 116 - Сходство конструкций камер всех типов 112 - Шлюзовые устройства 113, 114 См также Горелки газовые, Горелки
29*
газокислородные, Насосы вакуумные пароэжекторные, Насосы механические, Электроды сопротивления Вакуум-фильтры, дисковые 279 - 281, разные для фильтрации пульпы 279
Валки - Конструкция, назначение 314
-	листовых станов 314
-	станов поперечно-винтовой прокатки 633 Валки сортовых станов 314 - Материалы 446 - 451 -Номинальный диаметр, длина бочки 442, 443, 447 -Основные требования к валкам 452 - Приводные концы, с двумя лысками 446; трефовые 445 - Рабочий диаметр бочки 445 - Размеры шеек под подшипники 442, 444, 445 - Расчет валков на прочность1 стальных 457, чугунных 452, 454
-	в виде колец 452 - Параметры колец 454
-	предварительно напряженные составные -Конструктивные схемы 457 - 460 - Определение деформации валков 466; основных параметров 460, 462 - 465; силы нагружения 465, 466
-	рабочие - Работа подшипников 467
Ванны, электролитического осаждения 566, 567, ящичного типа для осаждения цинка 281, 282 Виткообразователи - Конструкция, назначение 847 Воздухонагреватели - назначение, типы 67 - Принцип действия 69
-	с внутренней камерой горения 69, 70
-	с наружной камерой горения 70
Волоки - Изготовление из алмазов и твердых сплавов 597, 598 - Обработка рабочего канала волок, алмазных 599; твердосплавных 598, 599 - Станки для изготовления волок 598
-	двухроликовые - Конструкция, применение 603
-	монолитные, сборные, составные 578
-	роликовые 578, 579 - Расчет 606, 607
-	четырехроликовые - Конструкция 603
-	четырехроликовые фирмы ”ФЭНН", США 603 - Технические характеристики 604 Волочение - Сортамент производимых изделий 578
-	труб - Оборудование 664 - Практические расчеты процесса 666 - Расчеты параметров процесса при волочении: безоправочном 664, 665; на оправке 665 - Схема процесса 665
Воронки - Конструкция, типы, характеристики 33 -35 - Назначение 33
Г
Газоохладители - Конструкция, назначение 114
Газы доменные - Оборудование: для очистки газов и удаления их в атмосферу 77 - 79; для удаления пыли 81, 82 - Система повышения давления газа 81, 82 -Стадии очистки газов 77 - См. также Задвижки, Пылеуловители, Скрубберы, Трубы-распылители, Электрофильтры
Гидромашина обратимая объемного типа с бесклапанным регулятором давления для регулирования профиля валков 534, 535
Гидропресс калибровки и испытания труб большого диаметра прямошовных - Конструкция 681 - Техническая характеристика 681, 682
Гидроциклон для мокрой классификации цинкового огарка 279
Головка-горелка газопескоструйная для обработки поверхности труб под защитные покрытия 704 Горелки газовые - Конструкция 70 - Применение 115 - Технические характеристики 70
Горелки кислородные - Применение, установка 115
Горелки газопламенные - Применение 805
900
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Горелки кислородио-ацетилеиовые для обработки поверхности труб под защитные покрытия 704
Грохот вибрационный - Расчет 31, 32
-	инерционный - Конструкция, параметры 31
-	электровибрационный с резонирующим колосником - Назначение 29 - Параметры грохотов. ГВК-1 29, 30; ГВК-П 29 Грохот-питатель - Конструкция, параметры 28, 29
д
Двор литейный - Назначение, схемы 52 - Устройство 51, 52 - См также Краны литейного двора
Дегазация стали в вакуум-камере - Оборудование 120, 121
Декомпозеры - Параметры 257, 258 - Применение 257
Десульфурация металла 122, 125
Деформация металла при продольной прокатке - Влияние на конкретные натяжения внешних зон боковых 326; продольных 325, 326 - Геометрический очаг деформации (понятие, схема) 317; коэффициенты деформации 318, опережение (понятие, расчет) 318, 319, определение параметров очага деформации 317, 318, углы захвата металла 318; уширение 319 - Распределение контактных напряжений по дуге захвата 324, 325 - Степень деформации, влияние на сто,2 333, расчет средних значений 334
-	линейная: напряжения течения 328 - 330, расчет напряжений течения 330; расчет напряжений течения по аналитическим формулам совместно с экспериментальными данными 331, 332
-	пластическая - Условия появления 322, 323
-	пластическая двухмерная - Определение контактных напряжений 324, 325 - Распределение напряжений по дуге захвата 323, 324
-	пластическая объемная трехмерная 324
Дефосфорация металла 122
Диски пильные - Выбор конструктивных параметров 798, 799 - Долговечность диска 800, 802 - Заточка зубьев 803 - материал диска, термообработка 800, 801 - Напряжения в теле диска тангенциальные 799, 800; температурные 800 - Оборудование для изготовления дисков, ремонт дисков 804 - Правка дисков 805 -Расчет стойкости и долговечности 803, 804 - Стойкость 800, 802, 805 - Термическая обработка зубьев 804, 805
3
Задвижки - Назначение 80 - Расположение в системе пылеулавливания 81, 82
-	с зажимом с помощью термоэлемента 81
-	с механическим зажимом 80, 81
Затвор шихторегулирующий - Конструкция 48
Затравки в технологическом цикле ЭШП 243
-	кристаллизаторов сортовых МНЛЗ - Геометрические параметры, назначение 178 - Головки затравок 179 - Заведение затравки в кристаллизатор 181 - Конструкция затравок- гибких 179, жестких 178 -Расцепление головки затравки со слитком 179, 180 -Способы хранения 181
-	слябовых МНЛЗ 149. гибкие пневматические 149 - 151; пневматические (расчет параметров) 150, 151, цепные 149
И
Индукторы - Применение 294
Инструмент для поперечно-клиновой прокатки - Калибровка основные параметры 869, 870, примеры 870
- Классификация 869 - Материалы и стойкость валков 870
Источники электропитания печей 249, 250
К
Калибры валковых станов холодной прокатки труб, в виде сегментов 646, сменные (материалы) 643, кольцевые, подковообразные 644; сменные полудисковые 643, 644
Камера шлюзовая вакууматора - Варианты конструкции, назначение 113, 114
Кантовка - Понятие 753
Катушки индукционные - Применение 121
Клапаны в системе обработки доменных газов, атмосферные 79, 80; отсекающие 80
-	горячего дутья - Конструкция, модификации 75
-	дроссельные воздушно-разпэузочные 73, 74, для газа и воздуха 70, 71
-	дымовые тарельчатого типа 72, 73
-	отсечные - Модификация 75 - Назначение 75, 81 - Расположение в системе улавливания пыли 81, 82
-	перепускные тарельчатого типа различного диаметра 71, 72
-	шиберные отсечные холодного дутья 74
Клети - Состав оборудования рабочей линии 31ч -Схемы главных линий рабочих клетей с различным расположением валков 315 - Типы клетей 315, 316
-	двухвалковые бесстанинные - Характеристики 405
-	комбинированные непрерывного среднесортного стана - Конструкция 407, 408
-	планетарные - Конструкция 663, 664
-	рабочие валковых станов холодной прокатки труб’ с неподвижной станиной 645, 646; с опорными валками и неподвижной станиной 646; с подвижной станиной 644
рабочие регулируемые формовочносварочного стана при печной сварке труб - Конструкция 701
-	рабочие станов холодной прокатки листовой стали- 4-валковые высокой жесткости 532, 6-валковые с опорными роликами 532 - 534, 6-валковые с промежуточными валками 532, 533
-	сортовых станов: бесстанинные (расчет блока подушек) 475, 476; предварительно напряженные (расчет промежуточных деталей блока подушек) 476
-	шовообжимные для изготовления сварных профилей 735
Клинкен-шлеппер - Назначение 759
Ковши: вакуумных агрегатов (конструкция крышки) 126, промежуточные для МНЛЗ (назначение, основные параметры и оборудование) 136 - 139, промежуточные сортовых МНЛЗ 165, сталеразливочные 84, 99; сталеразливочные для МНЛЗ 134, 136, чугуновоз-ные (форма ковшей) 60; чугуновозные открытые (применение) 83
Комплекс воздухонагревательных сооружений доменной печи - Основные элементы 68, 69 - Тракты горячего дутья 69, 75, 76, нагревательный 68 - 73, холодного дутья 69, 74
-	для выплавки сталей сложных марок 121, 122
-	для производства горячекатаных листов 283, 284
-	кислородно-взвешенной плавки на штейн 269, 270
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
901
-	литейно-прокатный для производства арматуры, сортового и фасонного проката - Отделения комплекса 293, 294 - Расположения комплекса 294 -Состав оборудования и план его размещения 293
-	плавильно-литейный для переплавлен ия катодного цинка на чушки 282
Конвейер транспортирующий - Конструкция и назначение 32 - Подача шихты в доменную печь 35 - Разгрузка конвейера 32, 33 - См. также Лоток перекидной - винтовой 81 - Конструкция 81, 82
-	ленточный для подачи шихты в приемную воронку доменной печи - Конструкция 40 - 42 -Мощность двигателя, объемная производительность 42 - Техническая характеристика 41
-	перекидной реверсивный 32 - Сбрасывающая тележка конвейера 33
-	реечный шагающий - Конструкция 747 -Привод подвижных реек 748
-	шнековый для перемещения круглого проката и труб 747
Конвертер - Виды ремонтных работ 102 - Выбор параметров диаметров, режимов дутья 88; рабочих объемов 87, 88 - Дутье, применяемое в конвертере 84 верхнее 84 - 86, донное (модификации) 85, 86; комбинированное 85 - 87 - Оборудование для ремонта 102 - 105 - Обслуживание 84 - Подача дутья (оборудование) 97, 98 - Привод наклона конвертера: навесной 91, 92; стационарный 91 - Профили конвертеров, размеры 87 - Слив шлака 99 - 102 - Способы получения стали: продувкой жидкого чугуна технически чистым кислородом 84, процессы донного и комбинированного дутья 84 - Схема технологического процесса, торкретирование футеровки 98 -Устройства для контроля за температурой и химическим составом металла 99 - Характеристики конвертерных процессов 84 - Цикл плавки 92 - Шихта плавки 84 - См. также Цех конвертерный
-	донного дутья - Тракты подачи дутья через одну или обе цапфы конвертера 98
-	горизонтальный: для конвертирования медно-никелевых руд 276; для получения никелевого файнштейна 275
-	для конвертирования медных штейнов 270 -Схема конвертера с боковым отводом газов 271 Коэффициент вытяжки суммарный 642
-	трения между прокатываемым металлом и валками - Значения 321, 322- при буксовании 320; при захвате металлов - цветных 321, черных 320, при установившемся движении 321 Кран заливочный - Применение 92
Краны литейного двора 58, 59 - Недостатки кранового обслуживания, обслуживание кольцевого двора 59 Кристаллизаторы вакуумных дуговых печей - Конструкция, параметры 227
-	гильзовые - Гильзы 194, 195 - Охлаждение 195
-	гильзовые с двусторонним вытягиванием заготовок 197 - Материалы, параметры рабочих стенок, тепловой расчет 198 - Охлаждение 197, 198
-	литейных машин роторного типа - Параметры 296
-	перемещаемые печей ЭШП для получения полых слитков 248 - Расчет параметров водоохлажде-ния 254, 255 - Схема 249
-	печей ЭШП - Материалы рабочих элементов, типы кристаллизаторов 248
-	слябовых МНЛЗ - Конструктивные элементы 139 - 141 - Материалы стенок, назначение 139 - См.
также Механизмы качания кристаллизаторов слябовых МНЛЗ
-	сортовых МНЛЗ - Материал внутренней полости, назначение 166 - Отвод теплоты от слитка 168 - Параметры 167, 168 - Типы кристаллизаторов 166, 167 - См. также Автоколебания кристаллизаторов сортовых МНЛЗ, Механизмы качания кристаллизаторов сортовых МНЛЗ
-	тонкослябовые - Исходные данные при конструировании 287 - Конструкция 285 - 287 - Особенности конструкций 286, 288 - Требования к заливке жидкого металла 284 - Элементы кристаллизатора 287
Л
Лебедки скиповые - Конструкция 37 - 39 - Назначение 37 - Расчет мощности двигателя 39
Линии волочения проволоки поточные - Оборудование 586 - Устройства автоматизации 588
-	для химической обработки проката и нанесения на него покрытий - Разновидности линий, оборудование 555
-	калибровки поточные - Выполняемые операции 602
-	калибровки поточные П68-1 ИЗТМ - Схема, техническая характеристика 602
-	обезжиривания - Назначения, разновидносги линий 557
-	травления - Назначение 558
-	туннельные герметичные химической обработки труб - Конструкция 705
-	электролитического цинкования труб 711 Литье непрерывное горизонтальное - Отличительные признаки МНЛЗ ГГ 191 - Преимущества и недостатки 191, 192 - Средняя скорость литья 193 - Формирование слитка 193, 194 - Эффективность применения 192
-	горизонтальное - с обратным ходом кристаллизатора 194
-	слябов 128 - Параметры процесса затвердевания слябов различной толщины 129 - Расчет толщины кристаллизующего слитка - корки и жидкой лунки 129
Лоток перекидной - Конструкция 33 - Назначение, принцип действия 32
м
Манипуляторы - Назначение 760
Машиностроение металлургическое - Заводы и НИИ отрасли 18 - 20 - Основные параметры развития 21 -Создание отрасли 18
Машины ввода продувочной фурмы в металл - Схемы поворотной и стационарной машин, требования к проектированию 123
Машины газовой резки - Конструкция, применение 151
Машины двухшнековые одноручьевые для транспортирования труб в ваннах цинкования 707 - Схема 708 Машины для вскрытия чугунной летки - Назначение 25, 52 - Типы машин 53
-	сверлильные: передвижные подвесные (расчет основных механизмов) 54; поворотные (конструкция) 53
Машины для забивки чугунной летки - Основные механизмы и характеристики 54
-	гидравлические - Конструкция 53 - Применение 54
902
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
-	электрические - Конструкция 55 - Применение 54 - Расчет механизмов 55-98
Машины для капитального ремонта футеровки вакуум-камер 119
Машины для обрушивания футеровки конвертеров -Конструкция 102, 103
Машины для погружения датчиков в металл 126
Машины для подачи присадочной проволоки в ковш вакууматора 125
-	шихтовых материалов в доменную печь 35 Машины для поперечного перемещения проката - Операции 746
Машины для производства ленты с аморфной структурой - Выбор материалов, конструирование и расчет, диска-холодильника 309, дозирующего сопла 311; литейного диска 310, 311; плавильной камеры 310, 311 - Система управления 311, 312
-	конструкции ВНИИМЕТМАШа - Кинематическая схема, параметры 308 - Литейный диск, приводы механизмов и управление ими 309
Машины для ремонта механического оборудования конвертеров 104, 105
-	футеровки глуходонных конвертеров 103, 104 Машины для транспортирования проката - Виды осуществляемых перемещений 736 - Классификация 737 Машины для уборки и переработки жидких продуктов плавки 60 - 66 - См. также Ковши чугуновозные, Стенды для ковшей, Чугуновозы, Шлаковозы Машины завалочные - Применение 92
-	для двух совков 92, 93
Машины карусельные загрузочные для проходных ванн цинкования труб 710
Машины катодосдирочные 282
Машины металлургические. Динамический расчет -Влияние нагрузки связи клетей через прокатываемую полосу 350 - 352 - Задача расчета 341 - Математическая модель формирования нагрузок- расчетные схемы 344 - 346; системы уравнений 343, 346, 347 -Моменты: прокатки 347, 348; сил упругости на шпинделях 348; технологического сопротивления и электродвигателя 343 - Направления предупреждения ударного замыкания зазоров 356 - 358 - Ограничение динамических нагрузок 353, 354 - Определение сил численным методом 352 - Основные этапы расчета 341, 342 - Расчетные схемы 342, 343 - Силы взаимодействия: валков 350; подушек 348 - 350 - Эффективность ограничения нагрузок при ударном замыкании зазоров 354, 355
Машины непрерывного литья заготовок - Разработка конструкции 20
Машины непрерывного литья заготовок горизонтальные - Классификация 192 - Металлоприемник. конструкция 196; рафинирование металла 197; температурный режим работы 196, 197 - Назначение 191 - Применение электромагнитного перемешивания металла 195 -Проектировочные параметры машин 199, 200 - Системы управления: общие принципы построения 198; проектировочные расчеты 199 - Узлы машин 192
-	с двусторонним вытягиванием заготовок 192 -Схема 193 - Тепловой расчет кристаллизатора 198 -Типы применяемых кристаллизаторов, их охлаждение 197, 198
-	с качающимся блоком металлоприемник-кристаллизатор 197
-	с односторонним вытягиванием заготовок 192 - Схема 193
Машины непрерывного литья заготовок роторные 296, 301
Машины непрерывного литья слябов - Вторичное охлаждение слябов: подача воды или водовоздушной смеси 147; расчет параметров процессов затвердевания и охлаждения сляба 148, 149; регулирование интенсивности охлаждения 147, 148 - Направляющий аппарат технологической линии 142. расчет параметров роликовой зоны 145 - 147; роликовые секции 142 - 144 - Оборудование: для резки слябов 151 - 153; разливочной площадки 134; участка вторичного охлаждения сляба 142
-	вертикальные - Недостатки 128
-	криволинейные 130 - Значения базовых радиусов 130 - Компоновка элементов, типоразмеры 132 - Параметры машин первого вида 131, 132 - Расчет длин участков загиба и разгиба сляба для машин второго вида 132 - Схема 130
-	криволийные конструкции ПО "Уралмаш" -Технические характеристики 133, 134
Машины непрерывного литья сортовых заготовок -Зона вторичного охлаждения: конструкция оборудования 172, 173, требования к оборудованию 172 -Классификация 160 - 162 - Компоновка оборудования на участках: разливочном 160, 164 - 166; разрезки заготовок 160, 181, ручьев, уборки заготовок 160 -Математическая модель охлаждения во вторичной зоне 174, 175 - Мягкие режимы охлаждения 175, 176 - Оборудование для разрезки заготовок 181 - 185 -Приводы механизмов: гидравлические 185 - 188, электрические 190 - Производительность 162 - 164 -Расчет параметров 160 - Технологическое охлаждение заготовок 174 - Управление технологическими процессами: автоматическое 189 - 191; ручное 190, 191 -Характеристики МНЛЗ 159 - Электромагнитное перемешивание 173
Машины подачи дутья в конвертер вместимостью 130 т - Конструкция 97, 98
-	сверху - Конструкция фурм, требования к машинам 97
Машины правильно-полировальные 835
Машины правильные - Применение 571, 575, 718, 720, 820 - См. также Правка проката
Машины правильные для правки листа - Применение 721 - Теоретические основы процесса 820 - 823
-	пятироликовые 575
-	роликовые - Выбор параметров машин 824, 825 - Конструкция машин 825 - Настройка роликов, вдоль оси правки 825, 826; поперек оси правки 826 -Основные параметры роликов 823, 824 - Расположение опроных роликов 826, 827 - Суммарный вращающий момент правки 824
Машины правильные для правки сортового проката -Классификация 828, 829 - Конструкция 828 - Основные параметры 829, 830
Машины правильные для правки труб - Оценка технического уровня 842
-	косовалковые - Теоретические основы процесса правки 838 - 840 - Типы машин 832
-	косовалковые с несколькими валковыми обоймами - Исполнение машин с 2-валковыми обоймами 837 - Машины с 2-валковыми обоймами и роликами разной длины 833	- Машины с
2-валковыми обоймами и роликами одинаковой длины 833 - 835 - Машины с закрытыми калибрами 834, 836 - Машины с одновалковыми обоймами 832 -833 - Параметры машин 837 - 838
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
903
-	косовалковые с одной валковой обоймой -Машины с 2-валковой обоймой 836 - Машины с 3-валковой обоймой 836 - 837 - Особенности машин 834, 835 - Частота вращения трубы при правке 837
-	роторные - Ротор машины: правильный инструмент 840; частота вращения ротора 841
-	роторные с многовалковыми обоймами для особотонкостенных труб 841
-	с качающимися обоймами (правка профильных труб) 842
Машины промасливающие - Применение 720
Машины разливочные - Применение 60
-	для чугуна и шлака - Состав оборудования 58
-	карусельные 282
-	конвейерного типа 63, 64 - Расчет мощности привода 65
Машины растяжные для правки листа - Виды растяжения. дискретное 827; непрерывное 827, 828 - Исправляемые дефекты, параметры роликовых растяжных устройств 827
-	для правки сортового проката 831 - Параметры процесса растяжения 831, 832
Машины режущие и летучие сортовых агрегатов 732
Машины сварочные - Применение 733
Машины с совмещением операций вскрытия чугунной летки и разделки футляра 54
Машины стыкосварочные - Применение 718
-	типа МСО-100,05 - Длительность сварочного цикла, применение 572
Машины трубосварочные прямошовные - конструкция 687, 688
Машины тянуще-правильные - Конструктивные исполнения 177, 178 - Порядок работы 176 - Расчет 178 - Схемы размещения машин 176, 177
Машины шнековые непрерывные для транспортирования труб в ваннах цинкования - 707, 709 - Схема 709
Медь - конвертирование медных штейнов 270, 271 -Окислительный обжиг медных концентратов 262, 264 - 266 - Плавка шихты: автогенная 269, 270; отражательная 266; руднотермическая 267, 268; шахтная 268, 269 - Рафинирование черной меди' огневое 271, 272; электрическое 271, 272 - Схема пирометрического получения меди 263 - Сырье для получения меди 262 Металлоприемник - Конструкция, параметры 196 -Рафинирование металла 197 - Температурный режим работы 196, 197
Механизм замены оправок 621
Механизм качания кристаллизаторов слябовых МНЛЗ - Виды выполняемых движений, кинематические схемы, параметры возвратно-поступательного движения 141
-	слябовых МНЛЗ рычажный - Приводы 142 -Схемы 141, 143
-	сортовых МНЛЗ - Кинематические схемы качания механизмов: многозвенных 169, 170; ; , рычажных 1 1 - 170; с гибким пластинчатым элементом 169, 170 - Параметры 170
Механизм подачи и поворота труб при холодной прокатке на валковом стане 647 - 649
-	на роликовом стане 653, 654
Механизм прямильный лемннскатный - Применение, расчет геометрических параметров 44
Механизм установки валков осевым регулированием -Группы механизмов 481
-	двусторонний прижимной 481 - 483
-	односторонний винтового типа 481, 485
-	односторонний рычажный 483
-	рычажно-клиновой 484, 485
-	с осевым гидрораспором валков 487 - 489
Механизм установки валков радиальным регулированием - Диаметры и шаги резьб нажимных винтов 482 -Расчетные зависимости 481 - Типы 479 - винтовой 437, 440, 441, 480 - клиновой 479, 480 - эксцентриковый 439, 480
Миксер конвертерного цеха передвижной 83, 94, 96 -Конструкция 96 - Техническая характеристика 96, 97
-	стационарный - Конструкция 94, 95 - Применение 83, 94 - Техническая характеристика 96, 97 Миксер-накопитель стационарный 83 Мини-завод - Понятие, разработка 20 - Преимущества, направления в развитии 21
-	небольшой производительности - Эксплуатация 21
-	производящий листы и полосы из черных металлов 521, 522 Моталка - Применение, расчет момента пластического изгиба, схемы сматывания 843 Моталка полосовая - Применение 849
-	многороликовая - Выбор мощности привода, конструкция, применение 851
-	намоточно-натяжная - Конструктивные особенности 851 - 853 - Применение 851 - Расчет 852
-	роликобарабанная - Конструкция 851, 852 -Применение, принцип действия, расчет мощности привода барабана 851
-	трехроликовая - Конструкция 849, 850 -Применение 849 - Этапы процесса сматывания, расчет процесса 850
Моталка свободного сматывания - Коэффициент заполнения бунта 843 - 845 - Подающие ролики 847, 848 - См. также Виткообразователи - для сматывания прутков и труб в холодном состоянии - Конструкция, параметры 849
-	комбинированная - Конструкция, применение 848
-	проволочная - Коэффициент заполнения бунта 846 - Механизмы 845, 846 - Применение, принцип действия 845 - Расчет привода барабана 846
-	сортовая - Принцип действия 844
-	сортовая с верхним (системы Гаррета) или нижним приводом 844 - Коэффициент заполнения бунта 845 - Основные механизмы 844 - Принцип действия 845 - Расчет привода 844, 845
Моталка с консольным разжимным барабаном - Применение 574, 575 - Схема участка моталок 576
н
Накопитель полосы (ленты) - Вместимость, применение 572 - Типы 572, 573 - барабанный 682, 683 - рулонный 574 - спиральный 573, 574 - туннельный 682, 720 - ямный 682, 683
Насосы вакуумные механические 116
-	вакуумные пароэжекторные - Действие конденсатора, пуск в работу 117 - Принципиальная схема, эжекторные ступени 116, 117
-	пневмокамерные - Технические характеристики 124 - Устройство насосов и их установка 124, 125
Никель - Конвертирование файнштейна 275 - Переработка окисленных руд, плавка на штейн 274 - Схемы процессов получения никеля: из окисленных
904
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
никелевых руд 273; из сульфидных медно-никелевых руд 274 - Сырье для получения никеля 273
Ножницы гидравлические для резки широких алюминиевых полос 301
-	закрытого типа с нижним резом, параллельным ходом ножей и ограниченным перемещением верхнего ножа - Порядок работы 183, 184 - Техническая характеристика 184
-	качающиеся - Недостатки и преимущества 151 - Определение силы резания 153 - Схема 152 -Технические характеристики 151 - 155 Ножницы дисковые - Применение 574, 575 Ножницы маятниковые - См. также Ножницы поперечной резки летучие качающиеся Ножницы металлургических цехов - Классификация 761, 762 - Конструкция ножниц, поперечной резки летучих 781 - 794, поперечной резки стационарных 773 - 780, продольной резки 794 - 796 - Применение ножниц поперечной резки летучих 763 - 765; поперечной резки стационарных 763; продольной резки 765 - Скорость движения проката при разрезке 765
-	кромкокрошительные летучие 794 - 796 Ножницы поперечной резки летучие - Автоматизация процесса резания 784 - Механизмы выравнивания скоростей: двухкривошипный с подающими роликами 782, 783; с некруглыми колесами 783, 784 - Регулирование длины отрезаемых заготовок 782 - Режимы работы ножниц: запуск 781, непрерывный режим 781, 782
-	барабанные 297, 790, 794 - Технические характеристики 792 - Установка наклонных ножей 794
-	барабанные* конструкции ВНИИМЕТМАШа 791; конструкции фирмы "Холден-Робертсон", США 791, 793,794
-	возвратно-поступательные 784
-	дисковые 794
-	качающиеся - Кинематическая схема 786, 787
-	качающиеся: гидравлические конструкции ПО "Уралмашзавод" 785, 786, используемые совместно с правильной машиной 786, 788, конструкции ВНИИМЕТМАШа 784, 785; с подающими роликами и электродвигателем постоянного тока 786, 787
-	кривошипно-коромысловые 788
-	кривошипно-коромысловые с радиальным выравниванием скоростей 788 - 790
-	кривошипно-шатунного типа 733
-	параллелограмные 733
-	планетарные 790
Ножницы поперечной резки стационарные - Геометрические параметры, материалы, ход ножей 773 - Основные параметры ножниц, размеры заготовки 773 -Приводы 776 - 778 - Применение 718 - Технические характеристики ножниц при резании горячего металла 777
-	аллигаторные - Применение 781
-	гильотинные - Типы 778
-	для холодной резки фасонных профилей 780, 781
-	со сложным плоским движением профилированных ножей - Приводы 779, 780 - Применение 779
-	со сложным плоским движением профилированных ножей и катящимся резом 779
-	с криволинейным движением прямых ножей 781
-	с прямолинейным движением наклонных ножей: с верхним резом 778, 779; с нижним резом 778
-	с прямолинейным движением параллельных ножей 773: с верхним резом 774, 775, с нижним резом 775, 776
Ножницы продольной резки дисковые: двухпарные 794, 795, многопарные 796
О
Обезжиривание поверхностей труб 704, 705 Обезуглероживание вакуумное 120
Обжатие заготовки при холодной правке труб - Последовательность операций 642
Оборудование электротермическое - Применение 202
Обработка конверсионная - Назначение 568
Объем подачи - Понятие 642
Оггибатели скребковые - применение 571
Отжиг холоднокатаной полосы 543
п
Пайка труб - Исходная заготовка 703 - Оборудование 703, 704
Пассивация - Назначение операций 566
Пачук - Периодическое выщелачивание растворов 279 Перевалка валков - Способы: гидравлическим устройством 491, 492; краном 489, 490; поворотным кругом 493 - Стенды для смены валков вне линии стана 497, 498
-	механизированная 493, 494 - Расчет нагрузок на зажимное устройство 497, 498
Перевалка валков клетями - Способы* краном 490, 491, перевалочными кругами 493; с помощью перевалочных платформ 492, 493
-	механизированная с помощью зажимных устройств 493, 494 клиновых 494, 495; упорных 495 -497; эксцентриковых 495, 496 - Расчет нагрузок на зажимное устройство 497, 498
Перекладчики для поперечного перемещения заготовок 748, 749
Переплав электрошлаковый сталей высокого качества -Оборудование для реализации различных технологий 247 - Полный цикл процесса 242, 243 - Преимущества процесса 241, 242 - Разновидности электрошлако-вой технологии 243 - Схема процесса 242
Печи вакуумные дуговые - Источники электропитания 228, 229 - КПД печей 226 - Применение 220 - Расчет вакуумной системы 232; основных параметров печи 231; параметров систем водяного охлаждения 231, 232, распределения мощности дуги 229, 230, энергетического баланса слитка 230, 231
-	для плавки в гарнисаже - Критерии плавки, параметры печи 233 - Особенности: конструкции узлов 228; печей 221, 225; расчета параметров и энергетического баланса 232, 233 - Схемы 225, 226 -Технические характеристики 224 - Типы печей 225, 226
-	с кристаллизатором - классификация печей 221 - Конструкция и параметры* вакуумной камеры, кристаллизатора, соленоида 227; вакуумной системы и защитного кожуха 228, вторичного токоподвода 228 - Схемы печей 220, 221 - Технические характеристики 222, 223
Печи вакуумные индукционные плавильные - Назначение 233 - Узлы печей 235, 238
-	непрерывного действия - Схема 236 - Устройство 235
-	периодического действия 233 - Классификация 233 - 235 - Схемы 235 - Технические характеристики 237
-	полунепрерывного действия - Классификация, особенности 235 - Технические характеристики 237
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
905
-	с секционным металлическим водоохлаждаемым (холодным) тиглем - Источники нагрева 239, 240 - Конструкция тигля 239 - Технические характеристики 240
Печи для отжига холоднокатаных полос 543
Печи газовые многозонные проходные - Применение 698
Печи доменные - Назначение, типы плавок 23 - Подача дутья 67 - Порядок работы газовоздушной системы, работа в режиме "на дутье", схема 68 - Работа на повышенном давлении газа 81 - Системы подачи шихтовых материалов к колошниковому подъемнику 26 - 28 - Состав оборудования 67, 68 - Уборка и переработка продуктов плавки 60 - См также Газы доменные, Двор литейный, Краны литейного двора, Машины для вскрытия чугунной летки, Машины для забивки чугунной летки, Машины для разливки чугуна и шлака, Подъемник скиповый, Устройство загрузочное, Устройство колошниковое
-	большого объема 24’ 2400 м3 24 - 26, 5000 м3 28
Печи дуговые сталеплавильные - Типы 202
-	сталеплавильные с поворотным сводом -Конструкция основных элементов печей' вторичного токопровода 209 - 211; кожуха 205, 208; механизма перемещения электродов, электрододержателей 208; механизмов перемещения свода, системы водоохлаж-дения, футеровки 209; рабочего окна 205, сливного носка 205, 208; электродного уплотнения 205 - Применение печей 202 - Расчет: геометрических параметров 210, 212, режимный и электрический 213, 214; тепловой 212, 213 - Схема 206, 207 - Технические характеристики 202, 203 - Энергетический баланс 214, 215
-	постоянного тока 216, 291 - Выбор параметров источников электропитания 216, 217 - Источники электропитания 218, 219 - основные параметры серийных печей 219 - Преимущества 216
Печи кислородио-взвешеной плавки - Схема, требования к конструкции печи 270
Печи кислородно-факельной плавки 269
Печи кольцевые - Применение 609
-	с вращающимся подом - Применение 618
Печи методические с шагающими балками - Применение 610
Печи механические многоподовые для обжига медных концентратов - Конструкция 262, 264, 265 - Недостатки печей, последовательность операций 265 - Технические характеристики 266
Печи оневого рафинирования черновой меди Схема 272 - Тип печи (наклоняющаяся или стационарная) 271
Печи отражательные для плавки на штейн - Конструкция 266, 267 - Недостатки, преимущества, схема 267 Печи с кипящим слоем - Применение 258
-	для обжига медных концентратов 262 - Недостатки и преимущества 266 - Сущность процесса, схема установки печи 265 - Технические характеристики 266
-	для обжига никелевого фанштейна 275 -Процесс окисления никелевого концентрата 276
-	для обжига цинковых концентратов 278
Печи трубчатые вращающиеся: для кальцинации глинозема 258, для обжига никелевого файнштейна на 2-й стадии 275
Печи шахтные для плавки на штейн - Виды шахтной плавки 269 - Особенности печей 268, 269 - Схема 268
-	никеля - Порядок работы печи, технические характеристики 274
Печи электрические для плавки на штейн - Конструкция печи, особенности плавки 267 - Преимущества руднотермической плавки 268 - прямоугольные с 3-мя или 6-ю электродами 268
Печи электрошлакового переплава - Высоковольтное оборудование 252 - Исполнения 243 - 245 - Область применения 241, 242 - Основные параметры 243, 244 - Полный цикл печи 242, 243 - Принцип действия 242 - Расчет' механический и прочностной 255; параметров водяного охлаждения кристаллизатора 254, 255, теплового баланса шлаковой ванны 253, 254; электрических параметров 252, 253 - Снижение себестоимости металла 245 - Требования безопасности к печам 247 - Элементы конструкции печи: колонна, механизм перемещения 248; кристаллизатор, поддон 248, 249; токоподвод к расходуемым электродам, электрододержатель 249 - См. также Переплав элек-трошлаковый сталей высокого качества
-	для получения слитков - Модели 244, 245 -Особенности печей 245
-	для фасонного литья - Основные параметры печей 247
Пилы металлургических цехов - Классификация, назначение 797 - См. также Диски пильные, Резание металлов пилами
-	дисковые - Применение 720, 733	•
Пилы металлургических цехов горячего резания летучие - Технические характеристики, типы пил 813
-	летучие планетарные 814
-	стационарные - Технические характеристики 809, 810
-	стационарные* роторные 812, 813, рычажные 808, 811, 812, салазковые 808, 811
Пилы металлургических цехов холодного резания летучие - Технические характеристики 817 - Типы 817
-	летучие реверсивные 816, 818 - Конструктивная схема 817
-	летучие с вращательным плоскопараллельным движением режущей каретки 818 - Кинематическая схема 819
Пневмотранспорт - Применение 258
Подшипники жидкостного трения - Конструкция 471, 472 - Размеры 471
-	жидкостного трения самоустанавливающиеся 472, 473
-	качения 473, 474
-	скольжения открытого типа с неметаллическими вкладышами - Материал вкладышей 467 -Размеры, вкладышей типа А 468, вкладышей типа Б, фланцев к вкладышам типа А 469, 470
Подъемник скиповый - загрузка шихты в доменную печь, назначение 35 - Схемы разгрузочных участков 37 - Устройство подъемника 35, 36 - См. также Воронки
-	телескопический - Применение, устройство 103 - Технические характеристики 103, 104
Покрытия защитные для листов и полос 555* металлические 556, лакокрасочные 566; полимерные 556, 557; специальные 555, 556
Покрытия защитные для труб - Материалы 704, 707 -Способы подготовки поверхностей: механический 705 - 707; термический 704; химический 704, 705
-	полимерные 711
-	реактивные эпоксидные порошковые 711 -аэровакуумное напыление 715, 716 - Нанесение покрытия 714
906
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
-	термопластичные (полиэтиленовые) 711, 712
-	цинковые 704 - 711
Пресс-ножницы - Применение 572
Прессы для прошивки гильз - Принцип действия оборудования 609
-	листовые - Применение 257
-	правильные - Применение 831
Прессы трубоформовочные - Расчет сил формовки 677 - Технические характеристики 675, 676
-	гидравлические для формовки полуцилиндров труб 671
-	окончательной формовки 677
-	предварительной формовки 675, 677 - Схема 676
Прибор фурменный - Конструкция, требования к прибору 75, 76 - Назначение 67, 75
Привод безредукторный линеек манипуляторов 374
-	гидравлический: для перемещения сталеразливочных ковшей МНЛЗ 185, 186, для подвода рабочей жидкости к гидроцилиндрам тянущих клетей 186, 187; ножниц сортовых МНЛЗ 187, 188
-	механизмов и устройств слябовых МНЛЗ 153, 154
-	отдельных механизмов и устройств МНЛЗ 154, 157
Привод роликов рольгангов - Недостатки 736 - Расчет привода 740, 741
-	групповой - Расположение привода 736
-	групповой: двусторонний 738; индивидуальный 741; пакетирующих рольгангов с косорасположенными роликами 738, 739; работающий в реверсивном режиме 736; цилиндрический 738
-	индивидуальный 741
-	сменный 741
Приспособление для заострения концов проволоки -заостряемые заготовки 595 - Машины с двумя парами валков 596 - Острильно-затяжной станок ОЗК-10-300 595 -597 - Устройства для проталкивания заостренного конца заготовки 597
Прокат - Мировое производство 16-18
-	листовой - Применение 528, 529
Прокатка - Сортамент производимых изделий 313, 314
Прокатка бесслитковая широких полос из алюминия 298, 299
Прокатка листов и полос из черных металлов - Направления модернизации действующих станов 522 -526 - Совмещение процессов 525
-	на станах с моталками в печах 521
Прокатка продольная - Время прокатки 337 - Диаграммы статических нагрузок 338 - Момент прокатки на двух валках 335, 336, на одном валке 334, 335 -йрвчртзкансеит^риовалщщй^тазриццдаавванвпжсМх!;
привода валков с использованием экспериментальных данных 336; холостого хода 336, 337, 339 - Расчет мощности двигателей привода, непрерывных и реверсивных станов 337; с использованием экспериментальных данных 336 - Расчет силы прокатки: влияние внешнего трения (двухмерная деформация) 327, 328, влияние натяжения и ширины полосы на контактное давление 328; зависимость от степени деформации 334; факторы, определяющие силу прокатки 326, 327 - См. также Деформация металлов при продольной прокатке, Коэффициент трения
-	многоступенчатая 328
-	на непрерывных высокоскоростных, мелкосортных планетарных, роликовых станах - Расчет силы прокатки 331
-	на непрерывных и реверсивных станах 339 -Расчет температурного режима: алгоритм расчета 340, 341, потери теплоты конвективные и теплоизлучением 339, потери теплоты при контакте полосы с валками 339, 340, разогрев металла от работы деформации 340 Прокатка труб на планетарных станах - Сущность процесса 662
-	поперечная - Схема 659, 661
-	поперечная с натяжением переднего конца заготовки 659, 660
-	с упором бурта оправки в торец заготовки 659, 660
-	холодная - Используемые станы 640 - Последовательность операций 640, 642 - Схема прокатки 641
Прокатка прутковая поперечно-клиновая - Особенность процесса 869 - Суть процесса 865 - См. также Инструмент для поперечной клиновой прокатки Процессы автогенные - Особенности 269
-	осуществляемые в расплавах - Стадии 270
Проводка роликовая - Конструкция 678 Пылеуловители - Назначение и типы 77
-	вакуумпроводов 115
Р
Разливка непрерывная тонких слябов 526
Разматыватель* полосы барабанного типа двухпозиционный 718, рулонов двухголовчатый 569, 570, рулонов с барабанами пирамидального типа 571 Разупрочнение металла при прокатке 331 Раскисление металла алюминиевой проволокой 125 Распределитель шихты - Расчет мощности 45 - Состав оборудования 49
Рафинирование металла - Инжекционные способы 122 - Удаление неметаллических включений в металлоприемнике МНЛЗ 197
-	стали вакуум-кислородное 121
-	черновой меди: огневое в стационарных отражательных печах 271; электролитическое в ваннах ящичного типа 271, 272
Реактор трубчатый - Применение 275, 276
Редуцирование с натяжением - Назначение операции 613
Резание металла в металлургических цехах дисковыми ножами - Расчет* параметров диска 772; работы резания 773; силы резания 772, 773 - Схема резания полосы 772
-	наклонными ножами - Расчет работы и силы резания 771, 772
-	пилами - Расчет энергосиловых параметров резания, горячего 805 - 807; холодного 807 - Режимы резания 802, 803 - Сравнение процессов резания различными дисками 803 - Участки резания 819 -Энергетический баланс резания 807, 808 Риллингование - Назначение операции 613 Риллинг-стан двухвалковый - Назначение 614 Рольганги - Классификация 736, 737 - Остановка проката на рольгангах: с применением специальных устройств 743 - 746 - Параметры рольгангов 736 -Приводы роликов: групповой 736 - 741; индивидуальный 741 - Ролики: исполнения 741, 742; монтаж 743; опоры 743; расположение - двухопорное 742,
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
907
консольное 740, 742, косое 738 (схема 739), с маленьким шагом 738
Руллинги - Назначение 632
С
Сварка высокочастотная замкнутых гнутых профилей 735
Сварка прямошовных труб давлением 671: высокочастотная 673; постоянным током 673, 674
-	плавлением 671 дуговая под слоем флюса 674; лазерная, микроплазменная 675, электродуговая в среде инертных газов 674, 675
Сварка труб печная непрерывная - Оборудование для нагрева штрипса, обдува и формовки кромок 698, 699 - Технологический процесс 697, 698
Сгустители для грубого разделения жидкой и твердой фаз цинкового раствора 279
Система: автоматизированной подачи шихты к скипам 33; автоматического регулирования толщины полосы 533, 534; вакуумная дуговых печей 228, 232; водяного охлаждения дуговых печей (расчет параметров) 231, 232; осевого перемещения рабочих валков при прокатке 535; охлаждения сортовых машин 172, 173, регулирования профиля валков 534, управления процессами и параметрами МНЛЗ 198, 199, электромагнитного перемешивания 196; электроподогрева расплава в ковше (выбор режима) 126
Скипы - Назначение 35 - Основной технический
параметр, типоразмеры 37 - Силы, действующие на скип 39
Скраповоз - Назначение 92
-	самоходный грузоподъемностью 350 т - Конструкция 92, 93 Скруббер - Конструкция 77, 78 - Назначение 77 Сляб - Понятие, размеры сечения 359 Слябинг - Сортамент производимых изделий 359, 360 Совки для скрапа - Способы подачи груженых совков 92 Сопла воздушные низкого давления - Назначение 698 Сплавы аморфные - Назначение, свойства 306 - Область применения 306, 307 - Способ получения, закалкой 307, 308; осаждением 307 Сталевоз - Параметры 99 - Применение 84, 99 - Технические характеристики 99, 100
-	для ковша вместительностью 9 385 т - Конст-’ рукция 99 Сталь - Кислородно-конвертерное производство 20 -Мировое производство 15-17 Сталь. Внепечная обработка -Выбор агрегата 106, 109 - Задачи обработки и способы их решения 106, 107 -Классификация способов 106, 108 - Преимущества 106 Стан-автомат для продольной прокатки труб - Сортамент производимых изделий 611
-	для прокатки подшипниковых колец КПС-90 - Назначение 874 - Оборудование стана 876, 877 -Расчет момента и силы прокатки 877 - Техническая характеристика 874, 875 - Требования к заготовке 875 Стан балочный универсальный - Назначение 390 -Перспективность станов 394, 395
-	конструкции ПО "Уралмаш" (Россия, № 1) -Состав оборудования 393, 394 - Схема расположения оборудования 390
-	конструкции японской фирмы "Хитачи" (№ 2) 394 - Параметры 391 - 393 Стан валково-роликовый - Назначение 671
Стан валковый поперечно-клиновой прокатки прутков -Заготовки, оборудование, порядок работы различных станов 866 - 869 - Преимущество стана, технические характеристики 866
Стан валковый холодной прокатки труб - Классификация 642 - Подача и поворот заготовок 647 - 649 -Последовательность деформации заготовки валками 640, 642 - Привод клетей 696 - Рабочие клети 641, 644 - 646 - Расчет силовых и технологических параметров механизмов привода рабочей клети 651, 6524 обжатия 649 - 651 - Уравновешивание массы клети 646, 647
-	с боковой загрузкой заготовок 642, 643
-	с торцевой загрузкой заготовок 643
Стан внутренней сварки прямошовных труб большого диаметра - Состав оборудования, схема 680 - Техническая характеристика 681
Стан волочильный - Назначение 578 - Расчет: основных узлов 592, параметров волочения 589 - 592 -Параметры процесса охлаждения 589 - Системы охлаждения и смазывания 588 - Тянущие устройства 579 - Устройства для проталкивания прутков и труб через волоку 597 - См. также Волока, Оборудование для изготовления волок, Приспособление для заострения концов проволоки, Устройство намоточное, Устройство разматывающее
Стан волочильный барабанного типа двухкройный 581
-	многократный 579, 581
-	многократный беспетлевой (прямоточный).
для волочения в несколько ниток проволоки из меди и медных сплавов 586; для волочения высокоуглеродистой стальной проволоки (стан В ПТ- 5/750) 586 -588; фирмы "Херборн Брайтенбах" (Германия) 586, 588
-	многократный, работающий без скольжения магазинного типа 583, 584, со сдвоенными барабанами 584; с противонатяжением 585
-	многократный, работающий со скольжением - Параметры волочения 582 - Схема стана ступенчатого типа 581, 582 - Типы станов 583
-	однократный 579 - 581
Стан волочильный с прямолинейным движением обрабатываемого металла - Сортамент производимых изделий 599
-	калибровочный непрерывного действия 601, 602 - Расчет основных деталей и узлов 602
-	реечный 600, 601
-	цепной 599, 600 - Схема 600
Стан высокочастотной сварки труб спирально-шовных - Оборудование, технологическая схема процесса 696 - Сортамент производимых изделий 695, 696 - Технические характеристики 697
-	спирально-шовных особо тонкостенных (стан 200-1000) - Оборудование 696 - Схема стана 697 Стан дисковый поперечно-винтовой прокатки труб 633 Стан Дишера 616
Стан для горячей или холодной прокатки в винтовых калибрах коротких тел вращения (двухвалковый) -Оборудование 886 - Расчет производительности стана 885 - Сортамент производимых изделий 884 - Схемы расположения оборудования 887
Стан для горячей прокатки цилиндрических зубчатых колес двухпозиционный - Выбор оборудования 859 -Прокатываемая заготовка 856 - Технические характеристики 857
-	двухпозиционный ЗПС-350-3 - Автоматический режим работы 859 - Кинематическая схема 857 -859 - Конструкция 857
908
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
-	однопозиционный - Точность прокатанных зубчатых колес 856 - Требования к изготовляемой продукции 854
-	однопозиционный ЗПС-120М 854 - 856
Стан для изготовления спирально-шовных труб из рулонной полосы - Схема 693
-	сваркой в инертных газах - Сортамент производимых изделий 695 - Схемы формовочных устройств 690
Стан для продольно-винтовой прокатки сверл - Оборудование, порядок работы, сортамент производимых изделий 880 - Силовые параметры 881
Стан для производства жести двухклетьевой прокатнодрессировочный 600 / 1400 х 1400 547
-	пятиклетъевой бесконечной прокатки 1420 (фирма "Ниппон Кокан", Япония) 546, 547
-	шестиклетьевой бесконечной прокатки 1400 (г. Караганда, Казахстан) 544 - 546
Стан для производства полос из алюминия и его сплавов непрерывный 1800 (г. Самара, Россия) 547, 548 -Скорости прокатки, схема 549
-	нереверсивный 2300 (г Самара, Россия) 547, 550
Стан для прокатки беговой дорожки крановых колес (г Нязепетровск, Россия) 861 - Кинематическая схема 863 - Оборудование 864 - Планировка, техническая характеристика 862 - Расчет вращающего момента и силы прокатки на валке 864 - Эффективность новой технологии 861, 862
Стан для прокатки винтовых профилей 881
Оган для прокатки звездочек цепных передач - Типы станов, требования к заготовкам 859
-	ЗПС (конструкция ВНИИМЕТМАШа) 859 -861
-	СНЗ - Кинематическая схема, порядок работы 860 - Технические характеристики 861
Стан для прокатки крупногабаритных колец 871 - Расчет силы прокатки 874
-	двухвалковый КПС-1000 871 - 873
-	двухвалковый с торцевыми валками - Преимущества 873
-	четырехвалковый КПС-1000/200 (проект) 873, 874
Стан для прокатки периодических профилей - Оборудование 877, 878 - Расчет энергосиловых параметров процесса 878, 879 - Технические характеристики 879 - Участки и линии стана 877
Стан для прокатки шаров в винтовых калибрах конструкции ВНИИМЕТМАШа 886 - Главный двигатель, особенности рабочих клетей 888 - Техническая характеристика 887
-	конструкции ВНИИМЕТМАШа - ЭЗТМ 888 Оган для формовки сортовых профилей 722 - Оборудование, операции профилирования 722 - Параметры клетей 726 - 729 - Рабочие клети 726, 730, 731 - Формулы для определения суммарных сил, действующих на валки 724, 725 - Энергосиловые параметры профилирования 722, 723
Стан заготовочный - Понятие, размеры получаемых заготовок 364
Стан заготовочный непрерывный 850 / 700 / 500 - Назначение 364 - Оборудование для охлаждения, резки и уборки готового проката 370 - 372 - основное оборудование. клети 364, 367; рольганги 364, 366, 367; узлы рабочей линии 364, 369, 370 - Расположение стана в цехе 364, 365
Стан калибровочный - Назначение 632
-	для прямошовных электросварных труб малого и среднего диаметров 688
Стан колесопрокатный - Назначение 892, 895
-	шестивалковый 895
Стан кромкогибочный для продольной гибки кромки листа - клети стана 678
Стан крупносортно-заготовочный 630 (комбинат "Красный Октябрь", Россия) - Порядок работы оборудования и его состав 380, 381 - Расположение оборудования в цехе 381 - Сортамент производимых изделий 380
-	700 (Оскольский металлургический комбинат, Россия) - Преимущества 382 - Работа оборудования стана, состав оборудования 382 - 384 - Расположение оборудования 382 - Сортамент производимых изделий 381 - Техническая характеристика рабочих клетей 383
-	950/800/850 двухлинейного типа - Особенности стана, сортамент изготовляемых изделий 374 Стан крупносортный - Классификация 372, 373
-	линейный трехвалковый - Оборудование 373, 374 - Преимущества и типы станов 373 - Технические характеристики 375, 376
-	непрерывный - Технические характеристики 375 - 377
-	полунепрерывный - Технические характеристики 375 - 377
-	600 полунепрерывный - Расположение оборудования в цехе 378 - Сортамент производимых изделий 374 - Состав оборудования: рабочие клети 374, 379, 380; рольганги и др. 380
Стан листовой холодной прокатки стали 528, 529 - Классификация - 535 - Конструктивные особенности 532, 533 - Основные элементы устройств и систем 533 -Характеристики применяемых заготовок 529
-	пятиклетъевой разных форм 530, 532, 533
Стан мелкосортный - Блоки калибрующих клетей 411 -Параметры 411, 415, 416 - Применяемая заготовка 411 - Прокатка: многоручьевая 411, низкотемпературная 417 - Сортамент производимых изделий 410, 411 -Схемы расположения оборудования 411 - 414
Стан многовалковый для производства тонких полос и тончайших лент 550, 551 - Параметры рабочего валка и стана 552 -Состав оборудования 552, 553 - Схемы расположения валков 551
-	для прокатки лент толщиной до 0,001 мм 553 - Схема 554
-	400 реверсивный 20-валковый 552, 553
Оган непрерывный многоклетьевой бесконечной холодной прокатки - Эффективность применения 535, 536
-	6-клетьевой с вертикальным петлевым устройством (фирма "Ниссан сейко", Япония) 536
-	1370 5-клетьевой для производства полос из малоуглеродистой стали (фирма "Нэшинал стил", США) 536, 537
1700 5-клетьевой (Череповецкий металлургический комбинат, Россия) 541 - 543
-	1730 5-клетьевой (г. Касима, Япония) 537
-	2030 для производства стальной полосы (Новолипецкий металлургический комбинат, Россия) 537 - 541
Стан непрерывной холодной прокатки - Особенности процесса, технические характеристики 658 - Рабочие клети 657, 658 - Участки стана 657
Стан обжимной - Разновидности станов 359, 360 - См. также Блюминг 1300
Стан обкатной - Назначение 614
Стан периодической прокатки цветных металлов 302 -305
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
909
Стан пнлигримовой прокатки - Сортамент производимых изделий 614, 615
-	труб - Значения сил прокатки 632 - Пилиг-римовая клеть 628, 629 - Подающий аппарат 629, 630 - Расчет обжатия 631 - Ручей валка 630, 631 - Технические характеристики 628
Стан планетарно-эксцентриковый - Исходная геометрия, кинематика 303 - 305 - Особенности и работа стана 303 - Применение 302
-	с калибрующим участком 303 - Конструкция рабочей клети 303, 304 Стан планетарный - Особенности конструкции 618
-	для прокатки труб - Оборудование 662, 663 -Рабочая клеть 663, 664 - Расчет силовых параметров 664
-	мелкосортно-проволочный с 3-валковой машиной высокой степени обжатия 292
-	поперечно-винтовой прокатки труб - Кинематика процесса 638, 640 - Рабочая клеть 638, 639 -Расчет энергосиловых параметров 640
-	поперечно-винтовой прокатки труб фирмы "Шлеманн-Зимаг" (Германия) - Типоразмеры 638 Стан плющильный - Расчет мощности двигателя плющильной клети 608 - Сортамент производимой продукции 607
-	одноклетьевой 607, 608
Стан поперечно-винтовой прокатки - Преимущества способа , узлы станов 881
-	длинномерных винтов высокой точности 883, 884
-	длинномерных роторов винтовых забойных двигателей 882, 883
-	роторов (горячая прокатка) 882
-	труб - Кинематика процесса 636, 637 - Классификация станов 632, 633 - Клети стана 633 - 635 -Энергосиловые параметры процесса 637, 638
-	червяков с модулем 5 мм 883
Стан поперечной реверсивной прокатки червячных валов с буртами 884
Стан поперечной холодной прокатки конических, сферических и цилиндрических оболочек из листа 661 -Расчет момента и силы прокатки 661, 662
-	труб - Деформирующий инструмент, классификация станов 658, 659 - Сортамент производимых изделий 658 - Схемы прокатки 659, 660 - Точность изделия 661
-	с подвижной клетью и приводной длинной оправкой для производства труб - Работа и схема стана 660 - Расчет силовых параметров 661, 662
-	с расположением инструмента с наружной стороны заготовки для производства труб 658, 659 Стан пресс-валковый для прошивки гильз 609 Стан проволочный - Используемые заготовки, клети станов, сортамент производимых изделий 417 - Параметры станов 417, 420, 421 - Схемы расположения оборудования на металлургических комбинатах Белорусском 419; Череповецком (Россия) 418 Стан продольной непрерывной прокатки труб на длинной плавающей или удерживаемой оправке 619, 622 -Нагрузки, действующие на валки 624, 625 - Параметры процесса прокатки 624 - Рабочая клеть 622, 624 -Расположение клетей 622, 623
Оган продольной прокатки труб без оправки 619, 624 -Конструктивные параметры 626, 627 - Привод рабочих клетей 626 - Число валков в клетях 625
-	калибровочный - Назначение 624
-	редукционно-растяжной - Назначение 625
-	редукционный - Кинематический расчет 627, 628 - Назначение 624, 625 - Расчет процесса редуцирования 627
Стан прокатный - Классификация 316, 317 - Назначение, основной параметр 313 - Клети стана 314 -316
-	для производства алюминиевой катанки -Калибровка валков, их привод и установка 297
-	мелкосортный - Режимы работы, участки стана 294
-	непрерывный 2-клетьевой - Прокатка узких полос из цветных металлов 301
Стан прошивной поперечно-винтовой прокатки труб 632 - Рабочая клеть стана 634
Стан раскатной - Назначение 618, 632
-	поперечно-винтовой фирмы "Шлеманн - Зи-маг", Германия - Техническая характеристика 639 Стан-расширитель - Назначение 632 Стан редукционный - Назначение 616, 618 Стан реечный продольной прокатки - Назначение 613 Стан рельсобалочный - Контроль качества, правка, разрезка рельсов 389 - Прокатка рельсов в универсальных клетях 384, 385 - Сортамент производимых изделий 384
-	№ 1 фирмы "Асоминас", Бразилия - Оборудование и порядок работы стана 385, 389 - Параметры 387, 388 - Схема расположения оборудования 386
-	№ 2 фирмы "Шлеманн-Зимаг", Германия (проект) - Оборудование и порядок работы стана 385, 389 - Параметры 387, 388 - Схема расположения оборудования 388
Стан роликовый холодной прокатки труб - Конструкция 655 - Поворот и подача заготовки 653 - Преимущества, технические характеристики, типоразмеры 654 - Принцип действия 652, 653 - Расчет: сил 655, 656, скоростей 656 - Сортамент производимых изделий 652
Стан ротационного выдавливания - См. также Стан холодной поперечной прокатки конических, сферических и цилиндрических оболочек из листа
Стан Сендзимира - Особенности и недостатки 302 -Схема 303
Стан совмещенной сварки наружных швов прямошовных труб большого диаметра - Конструкция 679 -Порядок работы 680
Стан сортовой. Рабочие клети - Классификация 432 -435 - Основные конструкции клетей: бесстанинных ненапряженных 436, 437, бесстанинных предварительно напряженных 438 - 441; моноблочных 441, 442, станинных ненапряженных 434 - 436, станинных предварительно ненапряженных 436
Стан сортовой. Рабочие линии клетей 422 - Кинематические схемы 423, 424
-	блочного типа 427 - Оборудование блока 432 - Схема чистового 8-клетьевого блока 431
-	вертикальных 730 крупносортного стана 600 (конструкция ВНИИМЕТМАШа) 425, 426
-	горизонтальных 530 (непрерывный сортовой стан 450) 425
-	двух- и трехвалковых 425
-	комбинированных 427 - 430
Стан специализированный однопозиционный 2-вал-ковый - Конструкция 855 - Угловая настройка зубчатых валков, узлы стана 856
Стан среднесортный - Сортамент производимых изделий 395
-	450 непрерывный Западно-Сибирского металлургического комбината, Россия - Исходные заго
910
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
товки, сортамент производимых изделий 390 - Линия комбинированных клетей 408, 409 - Рабочие клети 403 - 407 - Состав оборудования 402, 404 - Схема 400
-	500 (Днепропетровский металлургический завод, Украина) 409, 410
-	630 (конструкция КО ВНИИМЕТМАШ) 395 - 397
Стан-тандем продольной прокатки труб - Валки, рабочие клети 619 - Момент прокатки 622 - Параметры зон обжатия 622, редуцирования 621, 622 - Привод валков 620 - Расчет длины очага деформации 621 -Сортамент производимых изделий 611 - Энергосиловые параметры прокатки 623
Стан толстолистовой горячей прокатки - Изменение технической характеристики 499, 500 - Классификация, назначение 499 - Производительность стана (годовая) 499, 500 - Силы прокатки 499, 501
-	2000 одноклетьевой (Россия) 501, 502
-	3000 (г. Мариуполь, Украина) 511, 512 - Оборудование стана 512, 513
-	3600 трехклетьевой (г. Мариуполь, Украина) 502 - 504
-	5000 двухклетьевой (ПО "Ижорский завод", Россия) 509 - 511
-	5500 двухклетьевой (г. Диллинген, Германия) 506 - 508
-	5500 с эджерной клетью (г. Мидзусима, Япония) 504 - 506
Стан трубоволочильный - Расчет процесса волочения 664 - 666
-	бухтовый. с вертикальным барабаном 668 -670; с горизонтальным барабаном 670
-	прямолинейный периодического действия безоправочный 666, 667; с закрепленной и плавающей оправками 666 - 668
Стан формовочный для непрерывной формовки листа в полуцилиндрические заготовки труб большого диаметра 677,	678, паяных свертных труб
(многоклетьевой стан) 703
-	для формовки сортовых профилей - Рабочие валки 730 - 732
-	для формовки прямошовных труб 683 - 685
-	профилегибочный - Клети 720
-	203-530 для формовки прямошовных труб среднего диаметра 685 - 687
Стан холодной прокатки стальных фасонных профилей высокой точности - Способы прокатки 603
-	роликовые (конструкция ВНИИМЕТМАШа -АЗТМ) - Оборудование 603 - Схема стана ВФР-36 605 - Технические характеристики 606 - См. также Волоки роликовые
-	с комбинированными валками 603
Стан широкополосный горячей прокатки 513 - Год пуска и годовая производительность 514 - Компоновки станов 524, 525 - Технические характеристики станов 3 и 4-го поколений 515, 516
-	с реверсивными черновыми клетями (стан 4-го поколения) 519-521
Стан широкополосный непрерывной горячей прокатки -Чистовые группы клетей 518, 519
-	2030 фирм: "Деви Макки" (Великобритания) 527, "Ниппон Кокан" (г Фукуяме, Япония) 527, 528
-	2230 (Эймейден, Германия) - Параметры стана 517
-	2285 (фирма "Соломер", Франция) - Группы клетей 513 - Сортамент производимых изделий 513, 517
-	2500 (проект, Россия) - Допуск на толщину полосы 518 - Работа стана 517, 518
Стан-элонгатор - Назначение 611
-	2-, 3-валковый 616
Станины клетей - Конструирование 478, 479 - Типы 475
-	закрытые - Расчет параметров 475, 476
-	предварительно напряженные - Особенности расчета 476 - 478
Стенд для ковшей - Состав оборудования 63
-	для текущего обслуживания вакуум-камер 119
-	для сталеразливочных ковшей МНЛЗ 134, 136
- Классификация стендов 135
-	комбинированный для ковшей вместимостью 100 и 140 т 64
-	подъемно-поворотный - Назначение, оборудование 165
-	подъемно-поворотный для сталеразливочных ковшей вместимостью 130 т - Схема 136
-	совмещенной сварки спиральных рабочих швов на трубах 694
т
Тигль вакуумных индукционных печей - изготовление 238
-	холодный (секционные металлические водоохлаждаемые) - Конструкция 239 Толкатель - Назначение 758 - Расчет 760
-	реечный 758
-	реечный конструкции КО ВНИИМЕТМАШа 758 - Схема, техническая характеристика 759
-	скребковый 721
Травление горячекатаных полос и листов из черных металлов бескислотными способами 530, кислотными растворами 529, 530
-	листового проката - Способы воздействия на подокалинный слой 558
Транспортер цепной - Условия работы цепей 747 Трансформатор печной - особенности трансформаторов печей ЭШП 249, 250
-	для электропитания дуговых печей - Параметры 204 - Условия работы в оптимальном режиме, электрические параметры 205
-	однофазный - Технические характеристики 251
У
Упоры - Расчет энергоемкости 746
-	опускающиеся 743, 745 - Приводы выдвижных щитов 743
-	передвижные 743
-	стационарные 743, 744
Упрочнение металла - Расчет упрочнения на выходе из клети 333
-	остаточное 331, 333
Установка аэровакуумного напыления порошковых полимерных материалов - Обрабатываемые трубы 715
- Схема установки 716
-	вакуумная - Десульфация металла 122
-	грануляции шлака: воздушной 66, 67; при-печной 66
-	для рассева и уборки мелочи' агломерата 28, кокса 29, 30
-	для уборки рулонов - Состав оборудования 574
-	дробеструйная конструкции СКВ Таз-строймашина" для обработки труб 705, 706 - Техническая характеристика 706
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
911
-	Проперци - См. также Агрегат литейнопрокатной с литейными машинами роторного типа
-	проходная типовая для наружной дробемет-ной очистки труб (фирма "Гутман", Германия) - Конструкция 706 - Техническая характеристика 706, 707 Устройство делительное, используемое при сварке труб диаметром 15 - 50 мм - Конструкция 701, 702
-	для взятия проб расплава - Конструкция 238
-	для перемещения проката - Классификация 737
-	для проталкивания прутков и труб через волоку 596 - Сила проталкивания, типы устройств 597
-	для равномерного распределения смеси веществ по зеркалу металла 125 - Тип устройства 125, 126
-	дроссельное 81 - Конструкция 81, 82
-	дутье донное для конвертеров - Конструкция 87
-	загрузочное бесконусное 24 - Направления развития 45, 46 - Преимущества 50 загрузочное бесконусное конструкции' ВНИИМЕТМАШа - Уралмаша 47 - 50, Гипромеза -Азовмаша 50, 51; фирмы "Поль Вюрт" 46, 47
-	загрузочное вакууматоров 112, 113
-	загрузочное доменной печи 44, 45 - Требования к конструкции 44
-	кантующее 720
-	колошниковое доменной печи 42 - Состав оборудования 42, 43
-	нажимное гидравлическое автоматического регулирования толщины полосы 533, 534
-	намоточное - Виды устройств, сила намотки 592 - Типы устройств 592 - 595
-	охлаждающее 735
-	передающее - Разновидность 760
-	правильно-калибруюшее 735
-	разматывающее для проволоки 595
-	сборочное прямошовных электросварных прямошовных труб - Конструкция 679
-	тормозные 760, 761
-	тянущие волочильных станов 579
-	центрирующие 760
Ф
Фильтр вакуумный - Назначение 258
Фильтр-пресс - Назначение 257
-	рамный - Назначение 280
Фильтр-сгуститель для разделения цинковой пульпы 280, 281
Форсунки для вторичного охлаждения слябов - Конструктивное исполнение 147 - Угол раскрытия факела 148
Фурмы для подачи кислорода или порошка при окислительном вакуумировании 118
-	конвертеров - Требования к фурмам 97
-	конвертеров для подачи дутья многосопловые 97, 98, для торкретирования футеровки 98, донные (конструкция) 98
-	пористые для продувки металла инертным газом 121
-	продувочных машин - Замена фурм 123, 124 -Устройство, хранение 123
X
Холодильники - Виды холодильников 750 - Назначение 258, 750 - См. также Устройство охлаждающее
-	дисковые, роликовые, цепные - Технические характеристики, устройство холодильников 750
-	реечные шагающие - Гидравлические приводы реек 753 - Секции подвижных реек (конструкция КО ВНИИМЕТМАШа) 751 - 753
-	реечные шагающие для перемещения сортового проката (типовая конструкция ЭЗТМ) 750, 751, стана 500 (конструкция КО ВНИИМЕТМАШа) 751, 752, стана 800 (конструкция КО ВНИИМЕТМАШа) 753
Холодильники кантующие 753, 754 - Расчет 756, 757 -Схемы кантующих реек 755 - Экспериментальные кривые охлаждения 758
-	для заготовок (фирма "СМС", Германия) 754, 755
-	реечные фирм "Даннелли" (Италия) 754, "Хостемберг и Клютси" (Германия) 750
-	с неподвижными рейками 755 - Профили зубьев реек 756
ц
Цех для производства вагонных и локомотивных колес (Выксунский металлургический завод Нижегородской области) - Исходный материал 892 - Оборудование цеха 892, 894, 895 - Отделения технологической части комплекса 892, 894 - Планировка цеха 893 - Последовательность обработки колес на участках 894, 895
Цех доменный - Оборудование цеха 23 - Типы планировок 23, 26
-	с печами полезным объемом ?700 м3 24 -Устройство печи 24, 25
Цех конвертерный для производства стали )тделение МНЛЗ, рабочая площадка, участки внеш чой обработки стали 84 - Подача, сыпучих матер^юв 83, 84, чугуна 83 - Состав цеха, требования к планировкам 83 - Технологические схемы доставки и хранения расплавленного чугуна 94
Циклон - Применение 115
Цинк - Получение - Оборудование для выполнения операций классификация огарка 279, обжиг цинковых концентратов 278, очистка растворов 280, 281, переплавка цинка в чушки 282; периодическое выщелачивание 279, получение катодного цинка 281, 282, сгущение пульпы 279, фильтрация пульпы 279, 280, электролизное осаждение цинка 281, 282 - Схема переработки сульфидных концентратов, сырье для получения цинка 277
Цинкование труб горячее без флюса 707, 711, в свинцовой ванне 707, с флюсом - мокрый способ 707, сухой способ 707, 710, электролитическое 711
ч
Чаны - Применение 278, 280
Чугун - Мировое производство 16
Чугуновоз - Назначение 60 - Определение моментов кантования ковша 61
-	с ковшом грушевидной формы Конструкция 60, 61
ш
Шихта для выплавки чугуна 23 - Способы подачи в доменную печь 35
Шлак гранулированный - Способы по,._,^сния 60
Шлаковозы 99, 100 - Вместимость чаши 60 - Конструкция 60, 61 - Типы шлаковозов несамоходные 100; самоходные 100 - 102
912
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
Шлепперы - Понятие 746 - Тележки шлепперов для перемещения: без скольжения 747; реверсивного 746 - канатные - Конструкция 746 - цепные 720 - Конструкция 747
э
Электроды для плавки в кристаллизаторе вакуумных дуговых печей: нерасходуемые 228; расходуемые 221
-	для подогрева металла в ковше - Установка электродов 126
-	камер вакууматоров графитизированные -Характеристики, эксплуатация 121
-	расходуемые печей электрошлакового переплава - Форма электрода 243
-	сопротивления - Конструкция 115, 116 -Применение 115
-	угольные - Применение, устройство 268 Электролизеры для выделения жидкого алюминия: с непрерывными самообжигающимися анодами 260, 261; с предварительно прессованными и обожженными анодами 260, 261 Электропечи: дуговые круглые для получения никеля 276; сопротивления для пайки труб 703 Электропривод - Концепция построения 154 - Применение в приводах отдельных механизмов и устройств 154, 157 - Функциональная схема 155 Элекгропушки - См. также Машины для забивки чугунной лотки электрические Электрофильтры - Принцип действия 78 - Характеристики 79 Эстакада бункерная - Устройство, схема 26
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Пасечник Николай Васильевич, Синицкий Владимир Михайлович, Дрозд Владимир Григорьевич и др.
МАШИНОСТРОЕНИЕ. ЭНЦИКЛОПЕДИЯ
Том IV-5
МАШИНЫ И АГРЕГАТЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Лицензия ЛР № 080003 от 12.09.96 г.
Редакторы: Н. Е. Кузнецова, А. А. Куликова Оформление художника Т. Н. Погореловой Художественный редактор Т. Н. Галицына Инженеры по компьютерному макетированию: М. А. Евсейчева, Т. А. Сынкова
Сдано в набор 17.01.00 г. Подписано в печать 17.10.00 г.
Формат 70x100/16. Бумага офсетная.
Гарнитура TimesET. Печать офсетная. Усл. печ. л. 74,1. Усл. кр.-отт. 74,26. Уч.-изд. л. 79,6. Тираж 1000 экз. Заказ 108.
Издательство "Машиностроение", 107076, Москва, Стромынский пер., 4 Отпечатано в АООТ "Политех-4”, 129110, Москва, ул. Б. Переяславская, 46