Прокатная клеть

Рабочая клеть прокатного стана, включает в свой состав, как правило, следующие узлы: две станины (установленные на закреплённых в фундаменте плитовинах при помощи анкерных болтов), прокатные валки (с подушками и опорными подшипниками), нажимные механизмы и механизмы осевой установки и уравновешивания валков. В состав рабочей клети также входят валковая арматура (проводки и устройства для охлаждения или подогрева валков) и механизмы для замены валков (перевалки). Кроме самой рабочей клети с валками, к прокатной клети относятся также главный электродвигатель и передаточные механизмы между двигателем и клетью (универсальные шпиндели, муфты, промежуточные валы и шестерённая клеть)^[3][4].

Станина рабочей клети является самой ответственной её частью. Это массивная литая жёсткая рама, предназначенная для монтажа, фиксации и регулирования положения прокатных валков. В неё монтируют подушки прокатных валков, а также нажимные и иные механизмы для настройки клети. Именно на станину через нажимные гайки передаётся давление на валки, возникающее при прокатке и приходящееся на шейки валков.

Станины бывают закрытого типа (неразъёмные) и открытого типа (со съёмной крышкой). Первые используются в основном в рабочих клетях блюмингов, слябингов и листопрокатных станов, а вторые — для клетей сортопрокатных и рельсобалочных станов (когда к жёсткости станины не предъявляются высокие требования)^[1][3][4]. Существуют также бесстанинные прокатные клети, в которых станина как таковая отсутствует, а подушки опорных валков стянуты регулирующими винтами с гидравлическим приводом. Эти винты воспринимают усилия прокатки и регулируют межвалковый зазор. Такие клети обладают более высокой жёсткостью при массе оборудования примерно в два раза меньше, по сравнению с обычными клетями^[5].

Валки прокатных клетей выполняют непосредственно операцию прокатки — пластическую деформацию (обжатие) металла с приданием ему требуемых размеров и формы поперечного сечения. В процессе деформации металла вращающиеся валки воспринимают давление, возникающее при обжатии металла, и передают это давление на подшипники.

Прокатные валки подразделяются на две основные группы.

• Листовые валки (для прокатки листов, полос и ленты). Они имеют гладкую цилиндрическую бочку, хотя нередко её делают слегка вогнутой, чтобы компенсировать разогрев средней части валков при горячей прокатке. При холодной прокатке бочки валков при обточке на вальцетокарных станках делают, напротив, немного выпуклыми из-за изгиба средней части валков в ходе холодной деформации.
• Сортовые валки (для прокатки сортовых профилей круглого и квадратного сечения, балок, рельсов и т. п.). Они имеют на своей поверхности углубления, соответствующие профилю прокатываемого сортового металла. Эти углубления называют ручьями, а ручьи двух рабочих валков образуют калибры^{[1][3][4][6][7]}.

Эти характеристики относятся именно к рабочим прокатным валкам, непосредственно контактирующим с металлом в процессе прокатки. В многовалковых клетях имеются также опорные валки, которые служат опорой для рабочих валков, уменьшая их изгиб при прокатке.

Подшипники опор валков прокатных станов предназначены для передачи усилий, возникающих при деформации металла, от валков на станину и другие узлы рабочей клети, а также удержания валков в заданном взаимном положении. Они фиксируются на шейках валков, вместе с которыми располагаются в валковых подушках^[1][3][6].

В прокатных клетях для валков используются подшипники трёх типов.

· Роликовые многорядные подшипники качения; их широко применяют для рабочих валков в клетях как листопрокатных, так и сортопрокатных станов. Для восприятия осевых усилий рядом с такими подшипниками обычно ставят дополнительно упорные подшипники.

· Подшипники скольжения открытого типа; они имеют металлические вкладыши (бронза, баббит и др.). Такие подшипники применялись на станах старых конструкций, а в настоящее время практически не используются.

· Подшипники скольжения закрытого типа — подшипники жидкостного трения (ПЖТ). Их устанавливают, как правило, в опорных валках станов горячей и холодной прокатки. По сравнению с подшипниками качения они обладают существенными преимуществами, среди которых можно отметить небольшие габариты, высокую нагрузочную способность при больших скоростях, длительный срок службы (до 30 000 ч). Однако, ПЖТ имеют и свои недостатки: стоимость их изготовления и используемой смазки довольно высока, а техническое обслуживание весьма трудоёмко.

Нажимные механизмы предназначены для вертикальной установки и регулировки положения валков, они обеспечивают требуемый уровень точности и быстродействия установки валков при необходимости изменения межвалкового зазора. Они бывают электромеханического, гидравлического и комбинированного гидромеханического типов. Основными деталями нажимных механизмов являются нажимные винты и нажимные гайки.

При многопроходной прокатке на обжимных и листовых станах настройка зазора между валками осуществляется нажимными устройствами после каждого прохода, при этом нижний валок, как правило, остаётся неподвижным, а требуемый межвалковый зазор устанавливают путём перемещения верхнего валка. На сортовых станах положение валков в ходе прокатки не изменяется, поэтому нажимные механизмы для них используются только для исходной настройки^[1][3][4][6].

Проводки прокатных станов — это элементы валковой арматуры, предназначенные для точного направления металла в прокатную клеть, удержания его в требуемом положении и обеспечения выхода его из валков, а в некоторых случаях — и для кантовки сортового подката на входе в очередной калибр или на выходе из него. Проводки располагаются между станинами по обеим сторонам валков и в зависимости от места расположения и функционала бывают вводными, выводными или кантующими.

На сортовых и проволочных станах для направления металла в валки могут устанавливать специальные проводки, учитывающие профиль проката. Рабочая поверхность проводок, как правило, образована последовательно расположенными роликами для облегчения задачи металла в валки и избежания образования его поверхностных дефектов (царапин, рисок, задиров) при прохождении подката. На тонколистовых станах, при производстве листов и полос большой ширины применяют так называемые проводковые столы^[1][4][6].

По количеству валков и их расположению прокатные клети делятся на следующие группы^{[3][4][6][7][8]}:

• двухвалковые (дуо);
• трёхвалковые (трио);
• четырёхвалковые (кварто);
• многовалковые;
• универсальные;
• специальной конструкции.

По направлению вращения валков прокатные клети делятся на два типа^[3][4][6][7]:

• реверсивные (в которых осуществляется несколько проходов прокатываемого металла в противоположные стороны, а направление вращения валков меняется после каждого такого прохода);
• нереверсивные (в которых осуществляется только по одному проходу прокатываемого металла в одну сторону, а направление вращения валков остаётся постоянным).

Двухвалковая клеть (клеть дуо) — это клеть с двумя горизонтальными валками, расположенными в одной вертикальной плоскости. Такие валки имеют общий или раздельный электропривод и характеризуются постоянным направлением вращения. При раздельном приводе очень большое значение имеет синхронизация скоростей вращения обоих валков. Клёти дуо могут быть реверсивными (в обжимных и толстолистовых станах) или нереверсивными (в непрерывных станах). Двухвалковые клети обычно при меняют при горячей прокатке на обжимных, заготовочных, сортопрокатных и проволочных станах^{[1][3][4][6][7][8]}.

Трёхвалковая клеть (клеть трио) — это рабочая клеть сортопрокатного или листопрокатного стана с тремя горизонтальными валками, расположенными в одной вертикальной плоскости. При производстве листов и полос средний валок обычно имеет меньший диаметр и не является приводным.

Трёхвалковые клети считаются нереверсивными, но технология прокатки в клетях трио заключается в том, что в одну сторону металл движется между нижним и средним валками, а в другую — между средним и верхним, так что такую клеть можно в какой-то степени назвать реверсивной, но в ином роде, чем двухвалковую. Для подъёма или опускания прокатываемой заготовки с целью задачи её в нужный межвалковый зазор используются подъёмно-качающиеся столы^[1][3].

Трёхвалковые клети ранее активно использовались для горячей прокатки в составе рельсобалочных, сортопрокатных и штрипсовых станов, но, вследствие невысокой производительности и малой жёсткости конструкции, в настоящее время считаются устаревшими и применяются редко^{[1][3][4][6][7][8]}.

Четырёхвалковая клеть (клеть кварто) — это рабочая клеть (обычно листопрокатного стана) с четырьмя горизонтальными валками, расположенными в одной вертикальной плоскости. Из них два внутренних валка меньшего диаметра являются рабочими, а два внешних валка большего диаметра — опорными, служащими для увеличения жёсткости валковой системы и уменьшения прогиба рабочих валков.

Клети кварто в зависимости от конструкции прокатного стана и прокатного сортамента могут быть реверсивными и нереверсивными. В настоящее время четырёхвалковые нереверсивные клети активно применяются в непрерывных станах горячей и холодной прокатки, а реверсивные — в одноклетевых дрессировочных станах холодной прокатки. В последнем варианте с обеих сторон клети устанавливают моталки, а прокатка листов осуществляется поочерёдно в противоположных направлениях с разматыванием проката и последующим сматыванием его в рулон^{[1][3][4][6][7][8]}.

Многовалковая клеть — это рабочая клеть (обычно листопрокатного стана) с шестью, двенадцатью или двадцатью валками различного диаметра, расположенными в разных вертикальных плоскостях. При этом два валка являются рабочими (и неприводными), а остальные — опорными, придающими клети дополнительную жёсткость и гарантирующими практически полное отсутствие прогиба рабочих валков. Многовалковые станы обычно используют для прокатки тонкой ленты толщиной от 5 до 100 мкм.

Шестивалковые клети (с четырьмя опорными валками) используются в составе непрерывных групп листовых станов холодной прокатки или для реверсивной холодной или «тёплой» прокатки высоколегированных и труднодеформируемых сталей. Они имеют незначительные преимущества по сравнению с четырёхвалковыми при более сложной конструкции, поэтому они не нашли широкого применения.

12- и 20-валковые клети (с 10 и 18 опорными валками соответственно) применяются для реверсивной холодной прокатки электротехнических и трансформаторных сталей, причём именно 20-валковые клети получили наиболее широкое распространение^{[1][3][4][6][7][8]}.

Универсальная клеть — это рабочая клеть с горизонтальными и вертикальными валками для обжатия металла в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Такие клети могут быть реверсивными (например, на слябингах или листопрокатных станах) с приводными вертикальными валками, которые располагают с передней или задней стороны рабочей клети. Преимущество универсальных клетей при таких технологиях прокатки заключается в обеспечении ровных и гладких боковых граней слябов и толстых листов.

Кроме того, универсальные клети широко используются в рельсобалочных станах для прокатки широкополочных двутавровых балок с высотой стенки 600—1000 мм и с широкими параллельными полками шириной 300—400 мм. В таких клетях вертикальные валки являются неприводными и, в отличие от универсальных клетей слябингов и толстолистовых станов, они располагаются в одной плоскости с горизонтальными валками^{[1][3][4][6][7][8]}.

Клети специальной конструкции предназначены для прокатки сложных прокатных изделий, таких как колёса, бандажи, кольца, шары, профили переменного и периодического сечения и т. п.^[3][4][8].