Двадцативалковый стан

Двадцативалковый стан является одним из вариантов тонколистового стана и обычно входит в состав оборудования цехов холодной прокатки полосы. Марочный сортамент 20-валковых станов включает различные стали (в том числе нержавеющие и электротехнические), а также тугоплавкие и жаропрочные сплавы и цветные металлы. Использование именно таких станов для данного сортамента связано с тем, что на четырёхвалковом стане практически невозможно прокатать тончайшую ленту из труднодеформируемых сталей из-за соизмеримости толщины ленты с упругой деформацией валков^[3].

Основным проектировщиком и изготовителем таких станов в СССР и России является ВНИИМЕТМАШ. Разработанные этим институтом 20-валковые станы различных типов (от стана 60 до стана 1200) работают на 22 заводах чёрной и цветной металлургии. Они предназначены для прокатки тонкого листа, ленты и фольги толщиной 0,001—0,2 мм и шириной 40—1050 мм со скоростью до 7 м/с^[4]. За рубежом такие станы принято называть станами Сендзимира, по имени Тадеуша Сендзимира, разработчика различных конструкций планетарных и многовалковых станов^[5].

Особенностью конструкции валкового узла таких станов является то, что каждый предыдущий валок «пирамиды» свободно, без опор по краям, опирается на два последующих валка. Усилие прокатки через рабочие и два промежуточных ряда опорных валков передаётся на третий ряд опорных валков. Такая многослойная конструкция практически исключает прогиб рабочих валков и повышает точность проката^[5].Типовой состав оборудования 20-валкового реверсивного стана конструкции ВНИИМЕТМАШ и Старокраматорского машиностроительного завода (СКМЗ) включает собственно рабочую клеть и две моталки. В массивной станине большой жёсткости из стали 35Л расположено 20 валков с длиной бочки 60—1200 мм^[4][6]:

• два рабочих неприводных валка диаметром от 2 мм для стана 60 до 5—120 мм для стана 1200 из высокопрочной хромистой стали 9Х или хромовольфрамовой стали;
• четыре промежуточных опорных неприводных валка диаметром 100 мм (для стана 1200);
• шесть промежуточных опорных валков диаметром 175 мм (для стана 1200) (из них два верхних и два нижних являются приводными);
• восемь опорных валков, на каждом из которых расположено шесть прецизионных роликовых подшипников диаметром 300—400 мм (для стана 1200). Наружные кольца этих подшипников соприкасаются со вторыми промежуточными валками.

20-валковый стан 700 с рабочими валками диаметром 30—50 мм и длиной бочки 700 мм предназначен для прокатки высокоточной ленты (например, кинескопной) толщиной 0,05 мм и шириной 600 мм, при этом разнотолщинность не превышает 0,002 мм^[4]. В рабочей клети предусмотрено устройство для регулирования профиля полосы в процессе прокатки изгибом крайней оси верхнего ряда опорных валков. Можно также регулировать положение четырёх опорных валков первого промежуточного ряда их осевым перемещением, с учётом небольшой конусности этих валков по краям их бочек. Осевое перемещение опорных валков первого ряда (верхних и нижних) осуществляется гидравлическими цилиндрами, при этом положение валков контролируется сельсинами. Для измерения натяжения полосы с каждой стороны рабочей клети смонтированы опорные измерительные ролики^[6][7].

Технологический процесс прокатки листовой рулонной заготовки на 20-валковом стане включает следующие операции^[3]:

• установка рулона на разматыватель;
• первый проход через клеть на заправочной скорости;
• заправка переднего конца листа в щель барабана передней моталки;
• сведение валков до заданного обжатия;
• переход на рабочую скорость прокатки;
• торможение прокатки до заправочной скорости, когда из разматывателя выходит задний конец рулона;
• закрепление этого конца в задней моталке и начало второго прохода в реверсивном режиме.

Дальнейшая прокатка (она ведётся с большим натяжением) происходит по аналогичной схеме с учётом требуемого числа проходов. Единственное отличие от первого прохода заключается в том, что остальные проходы заканчиваются не с выходом конца рулона, а когда на барабане моталки остаётся два витка. 20-валковые станы могут работать как самостоятельно, так и совместно с 4- и 5-клетевыми непрерывными станами в цехах холодной прокатки листа. Возможно также использование четырёх 20-валковых клетей в составе непрерывной технологической линии^[8].

Двадцативалковые станы имеют следующие преимущества по сравнению с непрерывными станами, оснащёнными четырёхвалковыми клетями^{[6][7][9][10]}

1. 20-валковый стан значительно меньше непрерывного стана холодной прокатки по размерам и массе оборудования, он более экономичен по стоимости.
2. Важным преимуществом 20-валковых станов является также возможность прокатки труднодеформируемых сталей с суммарным обжатием до 80-90 % без промежуточной термообработки при относительно высокой скорости прокатки; таким образом, сокращается длительность технологического цикла производства ленты.
3. 

   Двадцативалковый стан 720 Ашинского металлургического завода
   Малый диаметр рабочих валков обусловливает уменьшение длины дуги захвата металла валками и, соответственно, сокращению площади их контакта. Этот фактор, а также высокая жёсткость конструкции 20-валковых станов способствуют снижению давления металла на валки и уменьшению их сплющивания. Эти факторы, наряду с и точной регулировкой межвалкового зазора, обусловливают возможность прокатки тончайшей ленты и фольги толщиной 1-2 мкм с более высокой точностью размеров и более жёсткими допусками (по сравнению с четырёхвалковыми клетями).

Наряду с этим, у 20-валковых станов есть и ряд недостатков. Прежде всего, это сложность конструкции рабочих клетей^[11].

В России эксплуатируется несколько 20-валковых станов в составе цехов холодной прокатки полосы.

В частности, на Новолипецком металлургическом комбинате работают три 20-валковых стана 1200, а на Магнитогорском металлургическом комбинате — 20-валковый стан 700. Также 20-валковый стан 720 производства фирмы Sundwig (Германия) есть на Ашинском металлургическом заводе в Челябинской области. На этом стане выпускается лента толщиной 0,05—0,5 мм из низкоуглеродистых, коррозионностойких, жаропрочных, жаростойких и электротехнических марок стали^[12].

Ранее 20-валковый стан работал в цехе холодной прокатки нержавеющей ленты (ЦХПНЛ) Московского металлургического завода «Серп и молот», на нём прокатывали ленту толщиной до 0,05 мм и шириной 9—400 мм из нержавеющих, жаропрочных и сварочных сталей. Диаметр рабочих валков находился в пределах 50—80 мм, натяжение моталкой — от 2 до 80 кН, а скорость прокатки доходила до 7,5 м/с .Продукция этого стана использовалась в том числе и для атомной индустрии. Исходная холоднокатаная лента, которая использовалась в качестве подката на этом стане, имела предел прочности до 1300 МПа, толщину до 1,05 мм, ширину 200—400 мм. Наружный диаметр рулона составлял до 1350 мм, масса рулона — до 3 т. Но в первой декаде XXI века этот стан, как и весь завод, были закрыты^[13].

Из 20-валковых станов цветной металлургии можно упомянуть стан 700 Кировского завода обработки цветных металлов (ОЦМ). На этом стане выпускается тонкий лист и фольга из меди и её сплавов толщиной 0,05—1,0 мм и шириной 350—630 мм, скорость прокатки достигает 8,3 м/с^[14].