Оборудование для черновой прокатки (обжатия) сортовых заготовок

Важную роль в сортопрокатном производстве играют обжимные группы клетей, которые должны обеспечивать высокие значения вытяжки на ограниченным пространстве, с тем, чтобы максимально использовать тепло непрерывно-литой заготовки и увеличить размеры поперечного сечения заготовки, что упрощает процесс разливки и получение высококачественных заготовок. Известны высокоредукционные станы черновой прокатки различной конструкции, например: планетарный стан, стан винтовой прокатки, а также малогабаритная обжимная группа быстросменных двухвалковых чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей.

Многообразие обжимных машин, разработанных и освоенных ведущими фирмами, свидетельствует об интенсивном поиске наиболее эффективных технологических решений в данной области.

Основная отличительная особенность процесса планетарной прокатки заключается в деформации металла большим числом рабочих валков с весьма незначительной площадью контакта, определяемая малой скоростью подачи заготовки. Благоприятная схема напряженного состояния, небольшое уширение и отсутствие на большей части зоны обжатий растягивающих напряжений позволяет проводить деформацию без нарушения сплошности малопластичных сплавов.

Усилия, возникающие от действия рабочих валков небольшого диаметра, сравнительно невелики, что позволяет прокатывать материалы с повышенным сопротивлением деформации. Значительные обжатия заготовки, производимые с высокой скоростью деформации в одной клети, приводят к интенсивному повышению температуры выходящего из клети металла, что особенно важно при прокатке труднодеформируемых сталей и сплавов, имеющих узкий температурный интервал деформации (рис.12).

Процесс планетарной прокатки позволяет в одной клети осуществить вытяжку до 50, что позволяет заменить 18-20 обычных двухвалковых клетей. Чистовая прокатка происходит в небольшой группе компактных прокатных клетей. Для размещения оборудования требуется незначительная площадь. Применение подобных станов наиболее целесообразно при прокатке высоколегированных и специальных сталей с производительностью до 100 тыс.т в год.

Высокая степень обжатия (≥ 80%) достигается в планетарных станах винтовой прокатки. На (рис.13) приведен высокоредукционный планетарный стан винтовой прокатки, обеспечивающий кратность вытяжки до 8.

В планетарной клети винтовой прокатки валки размещаются во вращающемся роторе, а заготовка, не вращаясь, перемещается лишь в осевом направлении. В зависимости от типоразмера стана и величины вытяжки в клети производительность может находиться в пределах 11- 36 т/ч у малых агрегатов (заготовка - круг диаметром 80 мм) до 266-820 т/ч у более крупных станов (круг диаметром 320 мм).

Процесс деформации при винтовой прокатке вследствие интенсивных обжатий сопровождается разогревом металла на 80-100°С, что способствует уменьшению разницы температур по длине заготовки и позволяет снизить температуру нагрева заготовок. Таким образом, к достоинствам планетарной винтовой прокатки относится возможность регулирования в широких пределах скорости прокатки, диаметров заготовки и раската путем изменения настройки валков и бесступенчатого регулирования скорости вращения валков.

В зависимости от типоразмера стана и величины вытяжки в клети производительность может находиться в пределах от 11 до 820 т/ч. За счет проскальзывания металла относительно валков осуществляется компенсация возможного рассогласования скоростей разливки и прокатки.

Другой разновидностью прокатки с высокими обжатиями является процесс поперечно-винтовой прокатки (рис.14) со стационарной трёхвалковой клетью.

Заготовка круглого сечения, вращаясь, деформируется тремя коническими наклонными прокатными валками. При винтовой прокатке происходит интенсивная проработка структуры во всем объеме деформируемого металла. В однойтрёхвалковой клети винтовой прокатки можно обжимать заготовки с вытяжкой, равной 6… 8, что эквивалентно установке 6-8 клетей продольной прокатки.

При использовании квадратных заготовок перед клетью винтовой прокатки дополнительно устанавливают две формообразующие двухвалковые клети для прокатки без кручения горячей заготовки в круглый прокат с последующей задачей его в клеть винтовой прокатки.

Низкая скорость выхода проката из клети винтовой прокатки позволяет разрезать его на летучих ножницах на мерные длины, что позволяет исключить двукратную резку проката, уменьшить длину и массу холодильника.

Высокие коэффициенты вытяжки за проход в сочетании с интенсивными сдвиговыми перемещениями обеспечивают эффективную деформационную проработку структуры металла и повышение в 1,5 – 2,5 раза его физико-механических свойств и долговечности деталей при эксплуатации.

Однако поверхностные дефекты заготовки не устраняются, а усиливаются. Процесс поперечно-винтовой прокатки целесообразно применять в заготовительном производстве машиностроительных предприятий для максимального использования имеющихся заготовок и расширения их ассортимента.

Особенность совмещения процесса деформации металла одновременно в клетях винтовой и продольной прокатки заключается в том, что в очаге деформации клети винтовой прокатки заготовка получает осевое и вращательное движения, а в очаге деформации клети продольной прокатки – только осевое перемещение. Поэтому при совмещении этих двух процессов под действием вращательного движения в промежутке между клетями возникает дополнительная деформация металла скручиванием, без изменения размеров сечения заготовки.

Скручивание заготовки между клетями накладывает особенности при расчете силовых параметров процесса прокатки.

При использовании квадратных заготовок перед клетью винтовой прокатки дополнительно устанавливают формообразующие двух валковые клети для придания заготовке круглой формы.

Применение подобных станов наиболее целесообразно при производстве проката ограниченной длины (4-6 м) и заготовок для последующей прокатки мелющих стержней или шаров.

В малогабаритной обжимной группе клетей (рис.16) увеличенное обжатие достигается за счет принудительной подачи проката с дополнительным подпором.

Сокращение продольного габарита достигается путем сокращения числа рабочих клетей за счет увеличения обжатия в каждой из них и уменьшением межклетьевых расстояний. Малогабаритная группа клетей состоит из четырех чередующихся горизонтальных и вертикальных клетей и предназначена для прокатки заготовки сечением 178 х 178 мм в подкат сечением 76 х 76 мм с общей вытяжкой 5,5.

Прокатка в первой клети осуществляется при естественной подаче заготовки с углом захвата до 21° при обжатии около 11%, в последующих клетях - с принудительной задачей металла предыдущими клетями при углах захвата до 45° и обжатии до 48%. Диаметр рабочих валков – 508 мм, длина бочки – 280 мм.

После захвата металла очередной клетью система управления приводами автоматически перестраивает соотношение скоростей прокатки в клетях, исключая подпор и обеспечивая в дальнейшем прокатку с незначительным натяжением. Система работает от датчиков, установленных в проемах станин и воспринимающих горизонтальные усилия подпора или натяжения.

Уменьшенная протяженность группы клетей вдоль линии прокатки достигается тем, что валки с подушками установлены в общей станине, в которой стойки, воспринимающие усилия прокатки, являются общими для рядом расположенных клетей. Таким образом, межклетевые промежутки отсутствуют и расстояние между осями соседних клетей составляет около 1 м.

При смене валков подушки с валками выдвигаются из окон станины в сторону перевалки на специальных тележках с гидравлическим приводом. Общая продолжительность перевалки не превышает 15 мин.

Четырехклетьевая малогабаритная группа клетей описанной конструкции имеет габарит по осям крайних клетей, равный 3 м, и заменяет группу из шести обычных клетей с габаритом 16 м.

Прокатка осуществляется с натяжением во всех межклетьевых промежутках. Перевалка производится предварительно собранными клетями специальными механизмами, регулирование раствора валков - путем поворота эксцентриковых втулок.

Данная конструкция при достаточно высокой радиальной жесткости, компактности и относительно небольшой металлоемкости обладает рядов недостатков. Предпочтительная область ее применения ограничивается производительностью 70 – 200 тыс. т в год.